CN108026493B - 一种适用于灌流式培养的组合式生物反应器仓 - Google Patents

一种适用于灌流式培养的组合式生物反应器仓 Download PDF

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Abstract

提供一种组合式生物反应器仓，包括形成所述反应器仓腔室的上端部、至少一个中间部和下端部，所述上端部、下端部分别设有与培养液管路连接的接口，所述上端部与中间部间、中间部与下端部间通过连接机构可拆卸地、密封地连接；当中间部的数量≥2时，相邻的中间部通过连接机构可拆卸地、密封地连接；所述腔室还包括供细胞贴附生长的细胞载体。

Description

一种适用于灌流式培养的组合式生物反应器仓
技术领域
本发明涉及一种生物反应器仓，以及更具体地涉及一种适用于灌流式培养的组合式生物反应器仓。
背景技术
灌流式培养是把细胞和培养基一起加入反应器中，在细胞增长和产物形成的过程中，不断地将部分条件下的培养基取出，同时又连续不断地灌注新的培养基。灌流式培养中常用的生物反应器主要包括以下两种形式。
一种是用于悬浮培养细胞的搅拌式生物反应器。这种反应器必须具有细胞截流系统(或装置)，最初细胞截留系统多采用微孔膜过滤系统或旋转膜系统，最近开发出了各种形式的沉降系统或透析系统。其中，中空纤维生物反应器是一种用于连续灌流式培养的常用反应器。中空纤维生物反应器采用中空纤维半透膜，该半透膜可以透过小分子量的产物和底物，截流细胞和分子量较大的产物，从而在连续灌流式培养过程中将绝大部分细胞截留在反应器内。近年来，中空纤维生物反应器被广泛应用于产物分泌性动物细胞的生产，特别地主要用于培养杂交瘤细胞生产单克隆抗体。
另外一种形式的生物反应器是固定床或流化床生物反应器。固定床生物反应器是在反应器中装配固定的篮筐，篮筐中间装填聚酯纤维载体，细胞可附着在载体上生长，也可固定在载体纤维之间。另一方面，通过气体分布器产生负压，使得培养基不断流经填料，从而有利于营养成分和氧的传递。这种形式的固定床生物反应器的灌流速度较大，细胞在载体中高密度生长。流化床生物反应器是通过流体的上升运动使固体颗粒维持在悬浮状态进行反应，适合于固定化细胞的培养。
然而，以上两种生物反应器均有其局限性。例如，目前使用的生物反应器反应仓及其制备方法主要具有以下几方面的不足：
(1)反应器的尺寸是规格化的或者说是固定的，如果要改变细胞培养液的量或者细胞培养数量，就需要重新购买其它尺寸或规格的反应器，由此而提高成本；以及在各规格之间，不能够根据需要增减体积。
(2)不容易观察反应仓内和纤维载体上的细胞生长情况。
(3)反应器仓内的设计流体方向固定不变。
发明内容
因此，为了至少部分地避免上述缺点，本发明提供了一种新的、可选择地增加或减少生物反应器仓容积的组合式生物反应器仓。
本发明提供了一种适用于灌流式培养的组合式生物反应器仓，所述生物反应器仓包括依次连接的上端部、至少一个中间部和下端部，所述上端部、所述至少一个中间部和所述下端部形成组合式生物反应器仓的腔室，其中，所述上端部设有用于与培养液管路连接的上端部接口，所述下端部设有用于与培养液管路连接的下端部接口，以及上端部与中间部通过连接机构可拆卸地、密封地连接，中间部与下端部通过连接机构可拆卸地、密封地连接，和当中间部的数量≥2时，相邻的中间部通过连接机构可拆卸地、密封地连接。
根据本发明提供的组合式生物反应器仓，其中，所述上端部和所述下端部的结构可以相同，也可以不同。在一些实施方案中，所述组合式生物反应器仓包括两个相同的端部和至少一个中间部。在其它实施方案中，所述组合式生物反应器仓包括上端部、下端部和至少一个中间部，其中所述上端部和下端部结构不同。
本发明中对中间部的数量的上限没有特殊要求，只要是能够实现本发明目的的任意数量即可。
在一些实施方案中，本发明组合式生物反应器仓的中间部的数量可以根据需要，例如，依据细胞培养液的量或者细胞培养数量，来添加或减少。这样，可以避免购买单独的反应器仓所造成的投资大和使用不便等问题。
在一些具体的实施方案中，所述中间部的数量为1-20个，优选为2-20个。
在一些实施方案中，所述中间部限定了相同的内部空间，从而可以以相同的容积增量增加或减少组合式生物反应器仓容积。在其它实施方案中，至少部分所述中间部的内部空间容积相互不同，使得组合式生物反应器仓可以根据需要灵活地增加或减少其容积。在一些具体的实施方案中，本发明组合式生物反应器仓的中间部的数量≥2，并且本发明组合式生物反应器仓包括两种具有不同内部空间容积的中间部。优选地，所述两种中间部的内部空间容积之比为1∶2至1∶5。还优选地，具有较大内部空间容积的中间部的数量与具有较小内部空间容积的中间部的数量之比为1∶1至1∶5。
根据本发明提供的组合式生物反应器仓，其中，所述腔室的横截面可以是任意形状，例如，圆形、方形、长方形、椭圆形等。
根据本发明提供的组合式生物反应器仓，其中，所述组合式生物反应器仓是固定床生物反应器仓或流化床生物反应器仓。
根据本发明提供的组合式生物反应器仓，其中，所述组合式生物反应器仓是固定床生物反应器仓，并且所述中间部内设有用于负载细胞生长的篮筐，所述篮筐内装填有可供细胞贴附生长的细胞载体，如聚酯纤维载体、聚苯乙烯纤维载体、多孔高分子材料载体，多孔陶瓷陶瓷载体等。在这种情况下，细胞可附着在载体上生长，也可固定在纤维之间或孔内。在另外一些情况下，可以将凝胶和细胞的混合体，活性生物组织等放在篮筐内进行培养。同时，可将单独的反应器的中间部拆卸，以在显微镜下单独观察这一中间部内的细胞在载体上的生长情况。
根据本发明提供的组合式生物反应器仓，其中，所述连接机构包括用于将所述上端部、所述至少一个中间部和所述下端部整体固定的螺栓和螺母。
在一些实施方案中，所述连接机构包括设置在所述上端部、所述至少一个中间部和所述下端部的连接端面上的适配的插接槽和插接头。
在优选实施方案中，所述插接槽垂直于其端面向内部延伸并体现为L形和所述插接头垂直于其端面向外部延伸并体现为L形。组装时，例如，沿组合式生物反应器仓的轴向将中间部推向下端部，使插接头插入插接槽，然后转动中间部。按照该方法，依次组装中间部和上端部。
根据本发明提供的组合式生物反应器仓，其中，适合用于本发明的连接机构还包括设置在上端部、中间部和下端部上的搭扣件。
根据本发明提供的组合式生物反应器仓，其中，可以设计组合式生物反应器仓的内部结构，使得培养液在组合式生物反应器仓的腔室内直通流动或者形成Z字形流动。
在一些实施方案中，所述组合式生物反应器仓还包括至少一个用于改变培养液流动方向的阻隔片，所述阻隔片设置在腔室内部并交错排列。通过交错排列的阻隔片的使用，培养液可以在腔室内形成Z字形流动。在这种情况下，可使在各中间部内培养的细胞能够最大限度接触到流动的培养液。
在一些具体实施方案中，所述阻隔片可以置于上端部与中间部之间、相邻的中间部之间以及中间部与下端部之间，以及在其它的具体实施方案中，所述阻隔片可以整合到所述中间部上。
在优选的实施方案中，所述阻隔片的长度为腔室横截面尺寸的6/10～9/10，优选为4/5。
本发明中，阻隔片的数量可以等于或少于中间部的数量。
然而，在另一些实施方案中，所述组合式生物反应器仓不含阻隔片，使得培养液可以在腔室内形成直通流动。
根据本发明提供的组合式生物反应器仓，其中，所述密封地连接为气密性连接或液密性连接。
在一些实施方案中，所述组合式生物反应器仓还包括用于密封地连接的密封圈。本发明中，密封圈的数量可以根据各部件(包括上端部、中间部和下端部)的数量来确定。
本发明中，所述上端部和所述下端部设计成带有接口的结构，以便于它们可以与培养液管路相连接。在一些实施方案中，上端部接口和下端部接口可以分别直接与培养液套管连接，以及在一些实施方案中，上端部接口和下端部接口可以是鲁尔接头的形式。
根据本发明提供的组合式生物反应器仓，其中，使用时，可以将组合式生物反应器仓置于生物培养箱内，以便控制其温度。
组合式生物反应器仓中的各部件(例如，上端部、中间部和下端部)，均可以采用以下方法制备：首先，利用计算机设计软件，如solidworks软件设计出所需部件的图纸，然后利用机加工方法，例如数控加工中心加工出所需部件。除了以上方法，还可以采用开模、注塑成型和3D打印等本领域已知的方法制备组合式生物反应器仓的各部件。
本发明提供的组合式生物反应器仓的优点如下：
1.可根据需要，例如，细胞培养液的量或者细胞培养数量，自由组合成所需体积的生物反应器仓。
2.本发明的组合式生物反应器仓采用组合形式，每个中间部可以容易地组装和拆卸。
3.在培养过程中，可以打开反应器仓，取出某个感兴趣的中间部，观察该中间部内细胞生长情况，然后再组合起来继续进行细胞培养。
4.可根据需要改变流道或流体路径。
附图的简要说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：
图1是根据本发明的一种实施方案的组合式生物反应器仓的上端部的示意图。
图2是根据本发明的组合式生物反应器仓的、包括上端部和中间部的拆分示意图。
图3是根据本发明的一种实施方案的组合式生物反应器仓的示意图。
图4是根据本发明的一种实施方案的组合式生物反应器仓的拆分示意图。
图5是根据本发明的一种实施方案的组合式生物反应器仓的组合后的示意图。
图6是培养液在根据本发明的组合式生物反应器仓内的流动状态的示意图。
图7是培养液在根据本发明的组合式生物反应器仓内的另一流动状态的示意图。
图8是根据本发明的一种实施方案的组合式生物反应器仓的组合后的示意图。
实施发明的最佳方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。
实施例1
参照图1至图5，其显示了一种组合式生物反应器仓，该组合式生物反应器仓包括：上端部1、多个中间部2、下端部3和密封圈6。
上端部1上设有用于与培养液管路连接的上端部接口11，和下端部3上设有用于与培养液管路连接的下端部接口31。中间部2内部装有用于负载细胞生长的篮筐(未显示)，所述篮筐中间装填有聚酯纤维载体。
上端部1与中间部2之间、中间部2与下端部3之间以及相邻的中间部2之间可通过连接机构可拆卸、密封连接。所述连接结构包括设置在上端部1、中间部2和下端部3的连接端面上的相匹配的L形插接槽7和L形插接头8以及螺栓4和螺母5。其中，每个连接端面上分别具有两个插接槽7和两个插接头8，并且插接槽和插接头间隔排布。另外，上端部1、中间部2和下端部3中设有用于安装螺栓4的孔。
组装时，上端部1、多个中间部2和下端部3从上而下依次排列，并且在各部件之间放置密封圈6，沿组合式生物反应器仓的轴向将中间部2推向下端部3，使插接头8插入插接槽7，并转动中间部2。按照该方法，依次组装中间部2和上端部1，然后通过螺栓4和螺母5将它们固定。由此，上端部1、多个中间部2和下端部3形成组合式生物反应器仓的腔室。
在实施例1中，如图6所示，培养液可以在箭头所示方向内直通流动。
实施例2
本实施例的组合式生物反应器仓与实施例1基本相同，不同之处在于：中间部2上设有阻隔片21，并且相邻的阻隔片交错排列，其中阻隔片21的长度为腔室横截面尺寸的4/5。如图7箭头所示的，培养液可以在腔室内形成Z字形流动。
实施例3
本实施例的组合式生物反应器仓与实施例1基本相同，不同之处在于：所述连接结构包括螺栓4和螺母5，上端部1、中间部2和下端部3中设有用于安装螺栓4的孔。
参照图8，组装时，上端部1、多个中间部2和下端部3从上而下依次排列，并且在各部件之间放置密封圈6，然后通过螺栓4和螺母5将它们固定。由此，上端部1、多个中间部2和下端部3形成组合式生物反应器仓的腔室。

Claims (13)

1.一种适用于灌流式培养的组合式生物反应器仓，所述生物反应器仓包括依次连接的上端部、至少一个中间部和下端部，所述上端部、所述至少一个中间部和所述下端部形成组合式生物反应器仓的腔室，其中，所述上端部设有用于与培养液管路连接的上端部接口，所述下端部设有用于与培养液管路连接的下端部接口，以及上端部与中间部通过连接机构可拆卸地、密封地连接，中间部与下端部通过连接机构可拆卸地、密封地连接，和当中间部的数量≥2时，相邻的中间部通过连接机构可拆卸地、密封地连接，其中至少一个用于改变培养液流动方向的阻隔片被整合到所述中间部上。
2.根据权利要求1所述的组合式生物反应器仓，其中，所述连接机构包括用于将所述上端部、所述至少一个中间部和所述下端部整体固定的螺栓和螺母。
3.根据权利要求2所述的组合式生物反应器仓，其中，所述连接机构还包括设置在所述上端部、所述至少一个中间部和所述下端部的连接端面上的适配的插接槽和插接头。
4.根据权利要求3所述的组合式生物反应器仓，其中，所述插接槽垂直于其端面向内部延伸并体现为L形和所述插接头垂直于其端面向外部延伸并体现为L形。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的组合式生物反应器仓，其中，所述组合式生物反应器仓的中间部的数量≥2，并且所述组合式生物反应器仓包括两种具有不同内部空间容积的中间部，该两种中间部的内部空间容积之比为1:2至1:5。
6.根据权利要求5所述的组合式生物反应器仓，其中，具有较大内部空间容积的中间部的数量与具有较小内部空间容积的中间部的数量之比为1:1至1:5。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的组合式生物反应器仓，其中，所述组合式生物反应器仓是固定床生物反应器仓或流化床生物反应器仓。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的组合式生物反应器仓，其中，所述组合式生物反应器仓是固定床生物反应器仓，并且所述中间部内设有用于负载细胞生长的篮筐，所述篮筐内装填有可供细胞贴附生长的细胞载体。
9.根据权利要求8所述的组合式生物反应器仓，其中，所述细胞载体为聚酯纤维载体、聚苯乙烯纤维载体、多孔高分子材料载体或多孔陶瓷材料载体。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的组合式生物反应器仓，其中，所述阻隔片设置在腔室内部并交错排列，使得培养液在腔室内形成Z字形流动。
11.根据权利要求1所述的组合式生物反应器仓，其中，所述阻隔片的长度为腔室横截面尺寸的6/10～9/10。
12.根据权利要求11所述的组合式生物反应器仓，其中，所述阻隔片的长度为腔室横截面尺寸的4/5。
13.根据权利要求1至4中任一项所述的组合式生物反应器仓，其中，所述组合式生物反应器仓还包括用于密封地连接的密封圈。
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