CN109022241A - 一种3d结构细胞培养载体、导流件及生物反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D结构细胞培养载体、导流件及生物反应器，所述载体：包含至少两层无纺布及一层支架，每层支架对应与两层无纺布通过焊接固定；每个载体中部均开设有一个贯通于其每层无纺布及支架的导通孔，每个导通孔的四周均匀开设有若干个贯通于每个细胞载体上对应的每层无纺布及支架的冲剪孔；该载体具有比表面积大，能提高细胞生长密度及促进细胞传质传氧及节省企业成本的优点。所述导流件：由导流筒及套设在导流筒外壁上的若干上述载体构成；其能高效简化了细胞的培养过程，利于细胞之间传质传氧。所述反应器：包含罐体、罐盖、支柱水夹套及置于罐体内的上述导流件，其具有结构简单、组拆方便，细胞培养方便，细胞获得率高等优点。

Description

一种3D结构细胞培养载体、导流件及生物反应器

技术领域

本发明涉及细胞培养技术领域，具体的说是涉及一种3D结构细胞培养载体、导流件及生物反应器。

背景技术

细胞培养是生物工程技术研究中的一个必不可少的过程。细胞类型是根据是否附于支持物上生长的特性，分为贴附型和悬浮型。只依赖贴附在支持物表面才能生长的细胞叫做贴附型细胞；而不贴附在支持物上生长的细胞叫做悬浮型细胞。大多数动物细胞都有贴壁生长的习惯，因此进行离体培养时，通常用需要为其生长提供支持物，这个支持物即指本领域技术人员常说的细胞培养载体，目前国内的细胞培养载体常见的有为直径 2～11mm颗粒载体、多孔球载体或者片状纤维载体。在进行细胞培养时，以上这些载体形式都不容易在细胞液中张开，且载体间的间隙通常较小，容易造成细胞溶液循环的通道部分堵塞，造成传质、传氧及传温效果差；其次，当细胞生长到一定密度时，这些细胞载体的支撑强度通常不够，容易造成载体在培养容器底部堆积，也会造成传质、传氧及传温效果差。虽然国外有采用支撑骨架，满足支撑强度的片状纤维细胞载体，但是所采用的的骨架成分与细胞载体的主要材料是不一样的，而且增多无效表面积，降低了有效空间内的比表面积，同时在培养液中的溶出析出物也相对增多，对药物的最终品质也有一定的影响，增加了药物的相容性的风险；另外，骨架材质边缘的棱角较多，对细胞的剪切作用较大，对细胞伤害也较大，不利于细胞的生长。

目前进行细胞培养的生物反应器，主要分为流化床生物反应器和固定床生物反应器。其中，固定床生物反应器是通过在一个固定容器中间装填细胞培养载体及导流装置，利用液体使细胞培养载体处于悬浮运动状态，利用导流装置使气体与液体相反应为细胞传质传氧的反应器；流化床生物反应器是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。

其中，固定床生物反应器通过需在独立在罐体内设置一个导流装置来解决罐体内的为细胞传质传氧的目的，但在罐体内设置导流装置无疑占据了罐体的空间，减少了罐体内细胞载体的装载量，降低了细胞的培养率。

一般我们制作片状载体的原基材尺寸是比较大的，而实际所需的片状载体产品尺寸规格通常比较小，为了得到小规格的片状载体产品，我们通常是在从一个大规格的片状载体原基材上冲压或裁剪出我们需要的片状载体尺寸规格。而在生产实际中，为了提高制作效率，我们往往会一次冲压或裁剪出多个同规格的片状载体产品，在获得我们需要的片状载体产品尺寸规格后，片状载体原基材中还会余下一部分不满足冲击或裁剪要求的片状载体基材，这些被冲击或裁剪后的剩余原基材，因为得不到应用，只能丢弃掉，成为了生产垃圾，久而久之也会造成一笔不小的浪费。

发明内容

基于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种既能解决载体基材浪费，又能简化载体组装及生物反应器构造，还能提高生物反应器细胞培养率的3D结构细胞培养载体、导流件及生物反应器，用以解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种3D结构细胞培养载体，它是由从一块大规格3D结构细胞载体基材上冲剪下若干小规格3D结构细胞载体后的剩余载体基材制成的，包含一块带有若干冲剪孔的3D结构载体基材，所述3D结构载体基材包含至少两层无纺布及至少一层支架，每层所述支架上部和下部分别对应与一层所述无纺布焊接固定；

在所述3D结构载体基材中部开设有一个导通孔，所述导通孔贯通于所述3D结构载体基材上对应的每层无纺布及支架，在所述导通孔的四周且位于所述3D结构载体基材上均匀布设着所述的若干冲剪孔，每个所述冲剪孔均贯通于所述3D结构载体基材上对应的每层无纺布及支架。

进一步，所述支架呈瓦楞纸状或者网格状中的任意一种。

进一步，当所述支架呈瓦楞纸状时，所述支架采用与所述无纺布相同的材质制成、且为医用级无纺布材质；

当所述支架呈网格状时，所述支架采用医用级塑料材料制成；

所述无纺布的厚度为0.1～100mm；

所述支架的厚度为0.1～100mm。

进一步，所述3D结构载体基材外形及尺寸大小与其需要被放置到的生物反应器内的反应腔相匹配。

进一步，每个所述冲剪孔直径为1mm～5cm。

一种导流件，包含导流筒、以及套设在所述导流筒外壁上的若干3D结构载体基材；每个所述3D结构载体基材通过其中部开设的导通孔套设在所述导流筒外壁上，所述导流筒通过开设在每个3D结构载体基材中部的导通孔将所述的若干3D结构载体基材由下至上依次串接在一起。

一种生物反应器，包含有罐体及置于所述罐体内的导流件；

还包含有设置在所述罐体内底部且位于所述导流件下部的多孔挡板，所述多孔挡板与所述导流件的导流筒底部固定连接；

还包含有设置在所述罐体内底部且位于所述多孔挡板下方的磁力搅拌装置，所述磁力搅拌装置焊接在所述罐体的内底壁上，并通过设置在罐体外部的磁力发生器带动其运行；

还包含有设置在所述罐体顶部的罐盖，所述罐盖与所述罐体顶部密封连接；

还包含有设置在所述罐体外底部的支柱水夹套，所述支柱水夹套与所述罐体外底部嵌套连接。

进一步，在所述罐盖上还贯穿有载体取样管、取样管、进液管、出液管、排空管及通气管，所述载体取样管、取样管、进液管、出液管、排空管及通气管一端均伸入所述罐体内部，另一端均伸出所述罐体顶部。

进一步，在所述支柱水夹套顶部设有与所述罐体外底壁相匹配的凹槽，所述支柱水夹套通过所述凹槽与所述罐体外底部嵌套连接。

进一步，在所述支柱水夹套内部还设有中空环腔，在所述支柱水夹套侧壁上还设有与所述中空环腔连通的进水管和出水管。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明采用的是经过冲剪下若干小规格载体后的剩余载体基材制成的，减少了载体基材原材料的浪费，在为企业节约生产成本的同时，又为企业开拓了新的产品发展途径；

(2)省去了传统片状载体的组装过程，带有空隙的支架及无纺布，可大大促进细胞的传质传氧，提高细胞的成活率；

(3)本发明提供的导流件，省去了需在现有罐体中另外设置导流装置及另外填充细胞载体的工序，它即可起到对细胞培养液体的导流及传质传氧作用，同时也可作为培养细胞的载体使用，大大简化了片状载体组装过程及细胞的培养过程；

(4))本发明提供的生物反应器，具有结构简单，组拆方便，同时还大大的便于了细胞载体的取出，具有细胞培养成活率高，细胞培养密度大等优点。

附图说明

图1为本发明提供的3D结构细胞培养载体的第一种实施例；

图2为本发明提供的3D结构细胞培养载体的第二种实施例；

图3为本发明提供的3D结构细胞培养载体的第三种实施例；

图4为本发明提供的3D结构细胞培养载体的第四种实施例；

图5为本发明提供的导流件的一种具体实例；

图6为图5的爆炸图；

图7本发明提供的生物反应器的一种具体实施例；

图8为图7中的支柱水夹套的截面示意图；

图中：1、3D结构载体基材；1a、无纺布；1b、支架；2、冲剪孔；3、导通孔；4、导流筒；5、罐体；6、多孔挡板；7、磁力搅拌装置；8、罐盖； 9、支柱水夹套；9a、凹槽；9b、中空环腔；10、取样管；11、进液管；12、出液管；13、排空管；14、通气管；15、进水管；16、出水管；17、细胞培养液。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图和具体实施方式，进一步阐述本发明是如何实施的。

本发明提供的一种3D结构细胞培养载体，它是由从一块大规格3D结构细胞载体基材上冲剪下若干小规格3D结构细胞载体后的剩余载体基材制成的，它包含一块带有若干冲剪孔2的3D结构载体基材1，该3D结构载体基材1包含至少两层无纺布1a及至少一层支架1b，每层支架1b上部和下部分别对应与一层无纺布1a焊接固定；

在3D结构载体基材1中部开设有一个导通孔3，导通孔3贯通于3D 结构载体基材1上对应的每层无纺布1a及支架1b，在导通孔3的四周且位于3D结构载体基材1上均匀布设着若干冲剪孔2，每个冲剪孔2均贯通于 3D结构载体基材1上对应的每层无纺布1a及支架1b。

其中，支架1b的形状可以呈瓦楞纸状或者网格状中的任意一种。

当支架1b呈瓦楞纸状时，支架1b采用与无纺布1a相同的材质制成、且为医用级无纺布材质；

当支架1b呈网格状时，支架1b采用医用级塑料材料制成；例如，聚丙烯。

其中，无纺布1a的厚度可以为0.1～100mm中任意厚度；

其中，支架1b的厚度可以为0.1～100mm中任意厚度。

本发明提供的3D结构载体基材1外形及尺寸大小与其需要被放置到的生物反应器内的反应腔相匹配，例如，当生物反应器内的反应腔为圆形时，对应的3D结构载体基材1外形就呈圆形，当生物反应器内的反应腔为方形形时，对应的3D结构载体基材1外形就呈方形。

其中，每个3D结构载体基材1上的对应的每个冲剪孔2直径范围为 1mm～5cm，3D结构载体基材1上被冲剪孔2冲剪下来的小载体基材可以作为小规格的3D结构细胞载体使用。

实施例1：如图1所示，本发明实施例提供的3D结构细胞培养载体，由两层无纺布1a及一层呈网格状的支架1b组成，且在本实施例中3D结构载体基材1的截面形状为圆形。

实施例2，如图2所示，本发明实施例提供的3D结构细胞培养载体，由三层无纺布1a及两层呈网格状的支架1b组成，且在本实施例中3D结构载体基材1的截面形状为圆形。

实施例3，如图3所示，本发明实施例提供的3D结构细胞培养载体，由两层无纺布1a及一层呈瓦楞纸状的支架1b组成，且在本实施例中3D结构载体基材1的截面形状为正方形。

实施例4，如图4所示，本发明实施例提供的3D结构细胞培养载体，由三层无纺布1a及两层呈瓦楞纸状的支架1b组成，且在本实施例中3D结构载体基材1的截面形状为正方形。

以上实施例1～实施例4仅表示本发明提供的3D结构细胞培养载体的几种常规的结构形式，在实际应用中，并不仅限于这几种形式，其3D结构载体基材1的截面形状还可以为其它形式，例如：椭圆形、三角形、矩形、菱形等等，具体尺寸及外形结构，可根据实际生产所需来而定。

本发明还提供了一种导流件，如图5和图6所示，包含导流筒4、以及套设在导流筒4外壁上的上述若干3D结构载体基材1，每个3D结构载体基材1均通过其中部开设的导通孔3套设在导流筒4的外壁上。

其中，导流筒4通过开设在每个3D结构载体基材1中部的导通孔3将若干3D结构载体基材1由下至上依次串接在一起。

其中，导流筒4的材料不作限制，可以使塑料、不锈钢也可以是其他无毒材料制成，每个3D结构载体基材1与导流筒4之间可以是固定连接，也可以是可拆卸式连接，具体不作限制，根据实际所需确定。

在本发明提供的一种导流件的具体实施例中，套设在导流筒4上的每个3D结构载体基材1采用的是上述3D结构细胞培养载体的第一种实施例，其由两层无纺布1a及一层呈网格状的支架1b制成；每个3D结构载体基材 1之间互不相连且与导流筒4之间是通过点焊固定。

本发明还提供了一种生物反应器，如图7所示，该生物反应器包含有罐体5及置于该罐体5内的导流件；在本生物反应器实施例中，导流件采用的上述导流件实施例中的结构。

如图7所示，在本生物反应器实施例中，还包含有设置在罐体5内底部且位于导流件下部的多孔挡板6，多孔挡板6与导流件的导流筒4底部固定连接；

如图7所示，在本生物反应器实施例中，还包含有设置在罐体5内底部且位于多孔挡板6下方的磁力搅拌装置7，该磁力搅拌装置7通过焊接固定在罐体5的内底壁上，并通过设置在罐体5外部的磁力发生器(图中未示出)带动其运行；与传统搅拌装置相比，磁力搅拌装置7通过磁力发生器带动其运行的方式，省去了在在罐体5上打孔的工艺，保证了生物反应器罐体的密封效果。由于传统搅拌装置通常是由电机带动其运行的，需要在在罐体5上打孔，才能保证电机与搅拌装置连接，从而带动其运行，这样在打孔部位就会出现密封性的问题。

如图7所示，在本生物反应器实施例中，还包含有设置在罐体5顶部的罐盖8，罐盖8与罐体5顶部密封连接；在实际应用中，罐盖8与罐体5 可采用螺纹密封连接或密封圈密封连接或者其他连接方式，罐盖8与罐体5 材质可以为玻璃或不锈钢或其它无菌无毒材料。

如图7所示，在本生物反应器实施例中，还包含有设置在罐体5外底部的支柱水夹套9，支柱水夹套9与罐体5外底部嵌套连接，支柱水夹套9 主要用于起到支撑稳固罐体5的作用和为罐体5提供间接加热或降温的作用。

如图7所示，罐盖9上还贯穿有取样管10、进液管11、出液管12、排空管13及通气管14，取样管10、进液管11、出液管12、排空管13及通气管14一端均伸入罐体5内部，另一端均伸出罐体5顶部；

其中，取样管10用于提取罐体5内的细胞培养的废液，检测其含有的剩余营养物质含量以及细胞排泄物是否超标；进液管11用于给罐体5输入细胞培养液17；出液管12用于输出细胞培养液17；排空管13伸入到罐体底部，用于将罐体5内的所有细胞液全部排空；通气管14伸入导流件的导流筒4内部，用于为罐体5的细胞培养液17通入氧气。

如图8所示，在柱水夹套9顶部还设有与罐体5外底壁相匹配的凹槽 9a，支柱水夹套9通过凹槽9a与罐体5外底部嵌套连接；在支柱水夹套9 内部还设有中空环腔9b；在支柱水夹套9侧壁上还设有与中空环腔9b连通的进水管15和出水管16，其中，进水管15和出水管16可通过与外部供水管道连通，为罐体5内的细胞培养液17起到间接加热或者降温的目的。

本发明提供的生物反应器其工作原理如下：

工作时，细胞培养液17经过进液管11进入到罐体5内部，通过底部设有的磁力搅拌装置7产生流动方向(图中箭头所示)的效果和混合作用，使细胞处在细胞培养载体所在区域生长；

在细胞培养的过程中，可通过罐盖5上设有取样管10抽取细胞培养过程的细胞培养液，检测其中的营养成分，便于及时更换或补给新的细胞培养液，通过上部通气管14给罐体5内的细胞培养液17通入氧气，以保证细胞生长所需要的溶氧等；

在细胞培养的完成中，通过排空管13排尽罐体5内的细胞培养废液。

最后说明，以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种3D结构细胞培养载体，它是由从一块大规格3D结构细胞载体基材上冲剪下若干小规格3D结构细胞载体后的剩余载体基材制成的，其特征在于：它包含一块带有若干冲剪孔(2)的3D结构载体基材(1)，所述3D结构载体基材(1)包含至少两层无纺布(1a)及至少一层支架(1b)，每层所述支架(1b)上部和下部分别对应与一层所述无纺布(1a)焊接固定；

在所述3D结构载体基材(1)中部开设有一个导通孔(3)，所述导通孔(3)贯通于所述3D结构载体基材(1)上对应的每层无纺布(1a)及支架(1b)，在所述导通孔(3)的四周且位于所述3D结构载体基材(1)上均匀布设着所述的若干冲剪孔(2)，每个所述冲剪孔(2)均贯通于所述3D结构载体基材(1)上对应的每层无纺布(1a)及支架(1b)。

2.根据权利要求1所述的3D结构细胞培养载体，其特征在于：所述支架(1b)呈瓦楞纸状或者网格状中的任意一种。

3.根据权利要求2所述的3D结构细胞培养载体，其特征在于：当所述支架(1b)呈瓦楞纸状时，所述支架(1b)采用与所述无纺布(1a)相同的材质制成、且为医用级无纺布材质；

当所述支架(1b)呈网格状时，所述支架(1b)采用医用级塑料材料制成；

所述无纺布(1a)的厚度为0.1～100mm；

所述支架(1b)的厚度为0.1～100mm。

4.根据权利要求1所述的3D结构细胞培养载体，其特征在于：所述3D结构载体基材(1)外形及尺寸大小与其需要被放置到的生物反应器内的反应腔相匹配。

5.根据权利要求1所述的3D结构细胞培养载体，其特征在于：每个所述冲剪孔(2)直径为1mm～5cm。

6.一种导流件，其特征在于：包含导流筒(4)、以及套设在所述导流筒(4)外壁上的若干如权利要求1所述的3D结构载体基材(1)，每个所述3D结构载体基材(1)均通过其中部开设的导通孔(3)套设在所述导流筒(4)外壁上；所述导流筒(4)通过开设在每个3D结构载体基材(1)中部的导通孔(3)将所述的若干3D结构载体基材(1)由下至上依次串接在一起。

7.一种生物反应器，其特征在于：包含有罐体(5)及置于所述罐体(5)内的如权利要求6所述的导流件；

还包含有设置在所述罐体(5)内底部且位于所述导流件下部的多孔挡板(6)，所述多孔挡板(6)与所述导流件的导流筒(4)底部固定连接；

还包含有设置在所述罐体(5)内底部且位于所述多孔挡板(6)下方的磁力搅拌装置(7)，所述磁力搅拌装置(7)焊接在所述罐体(5)的内底壁上，并通过设置在罐体(5)外部的磁力发生器带动其运行；

还包含有设置在所述罐体(5)顶部的罐盖(8)，所述罐盖(8)与所述罐体(5)顶部密封连接；

还包含有设置在所述罐体(5)外底部的支柱水夹套(9)，所述支柱水夹套(9)与所述罐体(5)外底部嵌套连接。

8.根据权利要求7所述的生物反应器，其特征在于：在所述罐盖(8)上还贯穿有取样管(10)、进液管(11)、出液管(12)、排空管(13)及通气管(14)，所述取样管(10)、进液管(11)、出液管(12)、排空管(13)及通气管(14)一端均伸入所述罐体(5)内部，另一端均伸出所述罐体(5)顶部。

9.根据权利要求7所述的生物反应器，其特征在于：在所述支柱水夹套(9)顶部设有与所述罐体(5)外底壁相匹配的凹槽(9a)，所述支柱水夹套(9)通过所述凹槽(9a)与所述罐体(5)外底部嵌套连接。

10.根据权利要求9所述的生物反应器，其特征在于：在所述支柱水夹套(9)内部还设有中空环腔(9b)，在所述支柱水夹套(9)侧壁上还设有与所述中空环腔(10b)连通的进水管(15)和出水管(16)。