CN107475112A - 一种用于微载体与动物细胞分离的全自动消化设备 - Google Patents

一种用于微载体与动物细胞分离的全自动消化设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于微载体与动物细胞分离的全自动消化设备，包括马达电机、分离部件A、分离部件B、罐体、罐体顶盖、控制器；罐体上方密封连接罐体顶盖，分离部件A、分离部件B位于罐体内部并安装在罐体顶盖上；所述罐体顶盖上安装有马达电机，所述马达电机的转轴通过轴封装置与罐体内部的搅拌轴相连；控制器电连接马达电机以及各管路。本发明提供的全自动消化设备，用于生物制药行业中，可高效的分离微载体与贴壁细胞，解决现有动物细胞消化工艺的不足，可以避免细胞消化过程中，分离部件中的筛网板被微载体和游离细胞堵塞。

Description

一种用于微载体与动物细胞分离的全自动消化设备
技术领域
本发明涉及生物工程装置技术领域，具体是一种用于微载体与动物细胞分离的全自动消化设备。
背景技术
微载体培养技术（microcarrier culture technique）：微载体以细小的颗粒作为细胞载体，通过搅拌悬浮在培养液内，使细胞在载体表面繁殖成单层的一种细胞培养技术。经过半个世纪的发展，该技术使用范围更加广泛，大量应用于生物制品的生产，如疫苗、蛋白药物、抗体等。
微载体/生物反应器系统中，获取大量悬浮游离的种子细胞，是进行生物反应器间放大培养的关键技术。从小体积的种子型生物反应器，扩大至大体积的生产型生物反应器，有胰酶消化方式，球传球方式，低温和超声孵化等。常用的放大工艺是采用胰酶等蛋白水解酶对微载体上细胞进行消化，细胞从微载体上脱落后作为种子细胞，从小体积生物反应器放大转移至大体积生物反应器。
通过多级生物反应器连续放大培养获得工业化生产生物制品所需的细胞量。这需要将贴附在微载体上的动物细胞多次由较小规模生物反应器中接种至较大规模生物反应器。现有技术通常使用胰蛋白酶将细胞从微载体上消化下来，然后用生物反应器和微载体逐级放大培养动物细胞的方法在放大培养的过程中贴附在更多的微载体上。
微载体/生物反应器系统中，胰酶消化放大工艺，其消化转移操作过程繁锁，消化过程中为全人工操作，无自动化控制。并且在消化过程中，微载体上细胞易会受到多方面因素的影响，导致细胞活性、生长速率等指标下降。难以满足工业化的微载体/生物反应器系统的放大培养工艺的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于微载体与动物细胞分离的全自动消化设备，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于微载体与动物细胞分离的全自动消化设备，包括马达电机、分离部件A、分离部件B、罐体、罐体顶盖、控制器；罐体上方密封连接罐体顶盖，分离部件A、分离部件B位于罐体内部并安装在罐体顶盖上；所述罐体顶盖上安装有马达电机，所述马达电机的转轴通过轴封装置与罐体内部的搅拌轴相连；控制器电连接马达电机以及各管路。
作为本发明进一步的方案：罐体顶盖上还贯穿安装管路D、管路F、管路G、管路B、管路H；分离部件A、分离部件B上的管路以及管路D、管路F、管路G、管路B、管路H均与罐体顶盖通过预定的孔位、螺丝、中空螺帽、橡胶密封圈连接固定密封。
作为本发明进一步的方案：管路B与种子生物反应器的转移管道连接。
作为本发明进一步的方案：管路H与空气过滤器连接。
作为本发明进一步的方案：空气过滤器的孔径为0.2微米。
作为本发明进一步的方案：所述罐体整体呈圆柱形，顶部完全敞口，底部呈浅圆碟形。
作为本发明进一步的方案：马达电机的转轴、轴封装置中心和搅拌轴位于同一垂直中心位置。
作为本发明进一步的方案：分离部件A、分离部件B由支撑架、筛网片和管路组成，其中分离部件A、分离部件B的管路分别为管路A、管路C；所述分离部件A、分离部件B的支撑架围成环状；管路为中空圆柱状，所述管路整体穿过所述支撑架的环状孔，支撑架的两面与筛网片的四周相互吻合，且通过焊接密封固定。
作为本发明进一步的方案：所述搅拌轴上安装有搅拌桨叶。
作为本发明进一步的方案：所述罐体外圈还包裹电加热毯。
作为本发明进一步的方案：所述罐体安装在由不锈钢支架和不锈钢底座组成的支撑装置上。
作为本发明进一步的方案：控制器包括PLC、触摸屏、紧急停止按纽、气体流量计、泵A、泵B、泵C、泵D，其中泵A、泵B、泵C、泵D，泵A通过管路G与细胞培养液的储存瓶相连接，泵B通过管路F与胰酶消化液的储存瓶相连接，泵C通过管路D与磷酸盐缓冲液的储存瓶相连接，泵D通过管路A、管路C与废液桶或废液袋连接。
作为本发明进一步的方案：PLC分别电连接触摸屏、紧急停止按纽、气体流量计、泵A、泵B、泵C、泵D及相关电气元件。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本全自动消化设备包括罐体、分离部件、控制器。通过控制器内的PLC进行逻辑编程，控制罐体内的温控系统和搅拌系统，以及罐体内的流体和流体的补加和排出，实现操作过程的全自动化操作。本发明提供的全自动消化设备，用于生物制药行业中，可高效的分离微载体与贴壁细胞。解决现有动物细胞微载体生物反应器培养工艺中逐级放大的难点，细胞微载体生物反应器的培养体积将大幅提高，从现有的几十升规模达到上千升级规模。
附图说明
图1是本发明的一种微载体与贴壁细胞进行分离的全自动消化设备的结构示意图。
图2是本发明控制器结构示意图；
图3为本发明的一种全自动消化设备所述罐体立体侧面的结构示意图。
图中：1-马达电机、2-管路A、3-管路B、4-管路C、5-管路D、6-管路E、7-管路F、8-管路G、9-管路H、10-罐体顶盖、11-管路I、12-管路J、13-管路K、14-不锈钢底座、15-不锈钢支架、16-分离部件A、17-搅拌桨叶、18-分离部件B、20-罐体、21-泵A、22-泵B、23-泵C、24-泵D、25-气体流量计、26-控制器、27-紧急停止按纽、28-触摸屏。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
结合图1所示，本发明实施例中，一种用于微载体与动物细胞分离的全自动消化设备，包括马达电机1、分离部件A16、分离部件B18、罐体20、罐体顶盖10、控制器26。
罐体20上方密封连接罐体顶盖10，分离部件A16、分离部件B18安装在罐体20内部，并且分别固定在管路A2、管路C4上，管路A2、管路C4贯穿罐体顶盖10；罐体顶盖10上还贯穿安装管路D5、管路F7、管路G8、管路J12。
所述罐体顶盖10上安装有马达电机1，所述马达电机1的转轴，通过轴封装置与所述罐体20内部的搅拌轴相连；罐体20底部安装有管路K13，控制器26电连接马达电机1，控制器26包括PLC、触摸屏28、气体流量计25、泵A21、泵B22、泵C23、泵D24，其中泵A21通过管路G8与细胞培养液的储存瓶相连接，泵B22通过管路F7与胰酶消化液的储存瓶相连接，泵C23通过管路D5与磷酸盐缓冲液的储存瓶相连接，泵D24通过管路A2、管路C4与废液桶或废液袋连接。
所述消化设备的罐体20、罐体顶盖10和分离部件A16、分离部件B18，通过预定的孔位及螺丝连接固定密封。将其他管路B3、管路D5、管路F7、管路G8、管路H9、管路J12安装到相应的孔位并固定密封，连接相应的软管，以备在实验操作中与相应的试剂储存瓶连接。
所述罐体20整体呈圆柱形，顶部完全敞口，底部呈浅圆碟形，其材质为玻璃或不锈钢。
所述罐体20内部搅拌系统的搅拌轴上的搅拌桨叶17，为不锈钢材质。搅拌桨叶17的直径等于或大于所述罐体20内径的0.4倍，2~4片桨叶，桨叶保持20-70。倾斜，桨叶叶片边缘圆润光滑。桨叶17具有大直径，高扭力，低剪切力的特性。所述搅拌桨叶17在转动过程中不会对动物细胞造成损害。
所述罐体20通过包裹电加热毯，对所述罐体20内部的液体进行升温和保温。
所述罐体20包括其内部所有部件，最终通过不锈钢支架15和不锈钢底座14，对所述罐体20加以固定支撑。所述罐体20可以任意摆放，方便使用操作。
所述罐体顶盖10的圆孔，会穿过各类管路，其材质均为不锈钢。所述管路与所述罐体顶盖10圆孔连接处有橡胶密封圈，可通过中空螺帽加以固定，保证完全密封。实现对所述罐体20内流体的补加和排出。
所述罐体顶盖10为不锈钢材质，并开有10-15个圆孔并带有螺纹，可以安装各类型的不锈钢管路和各类型的在线检测传感器（如温度电极、pH电极、溶氧电极等，根据工艺需求来选择）。
所述罐体顶盖10上安装有马达电机1，位于罐体顶盖10中心，通过螺丝与罐体顶盖10连接固定。所述马达电机1的转轴，通过轴封装置与所述罐体20内部的搅拌轴相连。且所述轴封装置与所述罐体顶盖10是密封连接的。所述马达电机1转轴、轴封装置中心和搅拌轴，是位于同一垂直中心位置的。
所述罐体20内部的分离部件A16、分离部件B18由支撑架、筛网片和管路组成，其材质均为不锈钢，其中分离部件A16、分离部件B18的管路分别为管路A2、管路C4。所述分离部件A16、分离部件B18可有效拦截微载体和贴壁细胞，保证微载体和贴壁细胞截留在所述罐体内，并可避免筛网片被微载体和游离细胞堵塞。
所述分离部件A16、分离部件B18的支撑架，围成环状，通过焊接固定，保证密封。所述支撑架的顶部面上开有直径5-20mm的圆孔。
所述管路为中空圆柱状，其底部开有直径3-5mm的圆孔。所述管路整体穿过所述支撑架的圆孔，穿过处通过焊接连接固定。所述管路的底部与所述支撑架的底部，通过焊接连接固定。
所述分离部件A16、分离部件B18的支撑架的两面，与所述筛网片的四周相互吻合，通过焊接连接固定，并保证密封。
所述分离部件A16、分离部件B18的筛网片有加固设计，其筛网孔径为1-100微米，根据具体的使用需求，来确定所述筛网的具体孔径。
所述分离部件A16、分离部件B18通过管路与所述罐体的罐体顶盖10相连，且所述管路与所述罐体顶盖10的圆孔连接处有橡胶密封圈，可通过中空螺帽加以固定，保证完全密封。
所述控制器26包括PLC、触摸屏28、紧急停止按纽27、气体流量计25、泵及相关电气元件。所述控制器26的外壳由不锈钢或其它材质组成。所述控制器26的控制逻辑，均有PLC来实现。所述罐体20的马达电机1、温度控制用电热毯、所述搅拌系统的全部控制，都由所述控制器26来控制。所述控制器26内的泵、气体流量计25都由所述控制器26来控制。所述控制器26的触摸屏28内有可运行的相关系统，通过相关系统的操作，来控制所述控制器26内的组件。满足细胞消化过程中需要的各种操作步骤和流程。
所述罐体20及所有部件，用无防布或锡铂纸等，包裹好裸露的接口。置入高温高压灭菌柜中，121℃灭菌30分钟，以达到无菌的目的。
所述罐体20内的细胞培养液通过所述泵D24排出，至所述罐体20内无液体后，所述泵D24停止工作。开启所述控制器26内的泵A21，所述细胞培养液经管路G8补加进所述罐体20内，补充至所述罐体20总体积的70%时，所述泵B21停止工作。所述保持搅拌桨叶17的搅拌速度为80-100 rpm，保证细胞可以从微载体表面脱落但不会对细胞造成损害。等待2-3分钟后，开启所述控制器26内的泵D24，将所述分离部件A16、分离部件B18内的游离细胞悬液通过管路A2、管路C4，移种到下一级生物反应器。所述罐体20内的游离细胞悬液通过所述泵D24排出，至所述罐体20内无游离细胞悬液后，所述泵D24停止工作。
所述罐体20及所有部件，灭菌完成后。移入洁净车间内，在无菌操作下，将各管路与相应的试剂储存瓶连接。管路B3与种子生物反应器的转移管道连接，以便将种子生物反应器中的微载体及细胞，转移至所述消化设备的罐体20中。管路D5与磷酸盐缓冲液的储存瓶相连接，所述磷酸盐缓冲液主要用来清洗所述罐体20中的微载体及细胞，降低所述罐体20中的杂物浓度。管路F7与胰酶消化液的储存瓶相连接，所述胰酶消化液主要用来将微载体表面上贴附的细胞解离下来，形成游离的悬浮细胞。管路G8与细胞培养液的储存瓶相连接，所述细胞培养基为细胞贴壁微载体表面生长，提供营养物质。管路H9与空气过滤器（孔径0.2微米）连接，所述空气过滤器主要用来调节所述罐体20内的压力，与外界大气压保持平衡。管路J12备用。管路E6、管路I11也是其它管路的备用管路。
所述罐体20和所述控制器26的设备及传感器，通过电缆相对应连接并调整至适当位置。检查完毕后，所述控制器26启动。
所述种子生物反应器中，所述微载体的浓度为1-25g/L，细胞贴壁在微载体表面，所述动物细胞在微载体上的汇合度不低于90％。所述细胞培养混合物通过管路B3转移至所述罐体20内。
所述控制器26开启马达电机1及搅拌桨叶17，搅拌速度控制在20-100 rpm，微载体及细胞能均匀悬浮但搅拌剪切力又不会对微载体表面细胞造成损害。开启温度控制加热毯，保持所述罐体20内细胞培养混合物的温度为33-37℃。开启所述控制器26内的泵D24，将所述分离部件A16、分离部件B18内的液体通过管路A2、管路C4，排出到废液桶或废液袋中。
所述罐体20内的细胞培养液通过所述泵D24排出，至所述罐体20内无液体后，所述泵D24停止工作。开启所述控制器26内的泵C23，所述磷酸盐缓冲液经管路D5补加进所述罐体20内，补充至所述罐体20总体积的70%时，所述泵C23停止工作。所述搅拌桨叶17持续搅拌，等待3-5分钟后，开启所述控制器26内的泵D24，将所述分离部件A16、分离部件B18内的液体通过管路A2、管路C4，排出到废液桶或废液袋中。
所述罐体20内的细胞培养液通过所述泵D24排出，至所述罐体20内无液体后，所述泵D24停止工作。重复一次磷酸盐缓冲液的补加和排出过程。开启所述控制器26内的泵C23，所述磷酸盐缓冲液经管路D5补加进所述罐体20内，补充至所述罐体20总体积的70%时，所述泵C23停止工作。所述搅拌桨叶17持续搅拌，等待3-5分钟后，开启所述控制器26内的泵D24，将所述分离部件A16、分离部件B18内的液体通过管路A2、管路C4，排出到废液桶或废液袋中。
所述罐体20内的细胞培养液通过所述泵D24排出，至所述罐体20内无液体后，所述泵D24停止工作。开启所述控制器26内的泵B22，所述胰酶消化液经管路F7补加进所述罐体20内，补充至所述罐体20总体积的70%时，所述泵B22停止工作。温度控制加热毯保持所述罐体20内细胞培养混合物的温度为37℃。所述搅拌桨叶17持续搅拌，搅拌速度控制在30-50rpm，保证细胞不会从微载体表面脱落。等待8-10分钟后，开启所述控制器26内的泵D24，将所述分离部件A16、分离部件B18内的液体通过管路A2、管路C4，排出到废液桶或废液袋中。
所述罐体20内的细胞培养液通过所述泵D24排出，至所述罐体20内无液体后，所述泵D24停止工作。开启所述控制器26内的泵A21，所述细胞培养液经管路G8补加进所述罐体20内，补充至所述罐体20总体积的70%时，所述泵B22停止工作。所述马达电机1保持搅拌桨叶17的搅拌速度为80-100 rpm，保证细胞可以从微载体表面脱落但不会对细胞造成损害。等待2-3分钟后，开启所述控制器26内的泵D24，将所述分离部件A16、分离部件B18内的游离细胞悬液通过管路A2、管路C4，移种到下一级生物反应器。所述罐体20内的游离细胞悬液通过所述泵D24排出，至所述罐体20内无游离细胞悬液后，所述泵D24停止工作。
下一级生物反应器内有适当浓度的微载体，设置合适的培养参数，游离细胞会吸附到微载体表面，开启再一次的生长培养之旅。
实施例2
结合图1所示，本发明实施例中，一种用于微载体与动物细胞分离的全自动消化设备，所述消化设备包括：罐体20、分离部件A16、分离部件B18和控制器26。与实施例1设备相同，不同的是：
所述罐体20内的细胞培养液通过所述泵D24排出，至所述罐体20内无液体后，所述泵D24停止工作。开启所述控制器26内的泵A21，所述细胞培养液经管路G8补加进所述罐体20内，补充至所述罐体20总体积的70%时，所述泵B21停止工作。所述马达电机1保持搅拌桨叶17的搅拌速度为80-100 rpm，保证细胞可以从微载体表面脱落但不会对细胞造成损害。等待2-3分钟后。开启管路K13，游离细胞及无细胞微载体，一起转移至下一级生物反应器。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种用于微载体与动物细胞分离的全自动消化设备，其特征在于，包括马达电机（1）、分离部件A（16）、分离部件B（18）、罐体（20）、罐体顶盖（10）、控制器（26）；罐体（20）上方密封连接罐体顶盖（10），分离部件A（16）、分离部件B（18）位于罐体（20）内部并安装在罐体顶盖（10）上；所述罐体顶盖（10）上安装有马达电机（1），所述马达电机（1）的转轴通过轴封装置与罐体（20）内部的搅拌轴相连；控制器（26）电连接马达电机（1）以及各管路。
2.根据权利要求1所述的用于微载体与动物细胞分离的全自动消化设备，其特征在于，罐体顶盖（10）上还贯穿安装管路D（5）、管路F（7）、管路G（8）、管路B（3）、管路H（9）；分离部件A（16）、分离部件B（18）上的管路以及管路D（5）、管路F（7）、管路G（8）、管路B（3）、管路H（9）均与罐体顶盖（10）通过预定的孔位、螺丝、中空螺帽、橡胶密封圈连接固定密封。
3.根据权利要求2所述的用于微载体与动物细胞分离的全自动消化设备，其特征在于，管路B（3）与种子生物反应器的转移管道连接。
4.根据权利要求2所述的用于微载体与动物细胞分离的全自动消化设备，其特征在于，管路H（9）与空气过滤器连接。
5.根据权利要求1所述的用于微载体与动物细胞分离的全自动消化设备，其特征在于，所述罐体（20）整体呈圆柱形，顶部完全敞口，底部呈浅圆碟形。
6.根据权利要求1所述的用于微载体与动物细胞分离的全自动消化设备，其特征在于，马达电机（1）的转轴、轴封装置中心和搅拌轴位于同一垂直中心位置。
7.根据权利要求1所述的用于微载体与动物细胞分离的全自动消化设备，其特征在于，分离部件A（16）、分离部件B（18）由支撑架、筛网片和管路组成，其中分离部件A（16）、分离部件B（18）的管路分别为管路A（2）、管路C（4）；所述分离部件A（16）、分离部件B（18）的支撑架围成环状；管路为中空圆柱状，所述管路整体穿过所述支撑架的环状孔，支撑架的两面与筛网片的四周相互吻合，且通过焊接密封固定。
8.根据权利要求1所述的用于微载体与动物细胞分离的全自动消化设备，其特征在于，所述搅拌轴上安装有搅拌桨叶（17）。
9.根据权利要求1所述的用于微载体与动物细胞分离的全自动消化设备，其特征在于，控制器（26）包括PLC、触摸屏（28）、紧急停止按纽（27）、气体流量计（25）、泵A（21）、泵B（22）、泵C（23）、泵D（24），其中泵A（21）、泵B（22）、泵C（23）、泵D（24），泵A（21）通过管路G（8）与细胞培养液的储存瓶相连接，泵B（22）通过管路F（7）与胰酶消化液的储存瓶相连接，泵C（23）通过管路D（5）与磷酸盐缓冲液的储存瓶相连接，泵D（24）通过管路A（2）、管路C（4）与废液桶或废液袋连接。
10.根据权利要求9所述的用于微载体与动物细胞分离的全自动消化设备，其特征在于，PLC分别电连接触摸屏（28）、紧急停止按纽（27）、气体流量计（25）、泵A（21）、泵B（22）、泵C（23）、泵D（24）及相关电气元件。
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