CN109266548A - 一种动态细胞培养器及细胞培养系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种动态细胞培养器及细胞培养系统，所述动态细胞培养器包括长方体形的壳体，所述壳体的内部设置有多层由下向上分布且相互平行的培养腔，所述壳体的两个相对的侧面处分别设置有进液室和出液室，任意一层所述培养腔的两端均分别与所述进液室和所述出液室连通，所述壳体的另外两个相对的侧面上分别设置有进液口(11)和出液口(31)，所述进液口(11)和所述出液口(31)的连线为所述壳体的体对角线，所述进液口(11)与所述进液室连通，所述出液口(31)与所述出液室连通。本发明提供的动态细胞培养器具有较高的使用便利性，适于人手操作，且能够降低细胞培养过程中的污染风险，可实现一次培养收获大量细胞。

Description

一种动态细胞培养器及细胞培养系统

技术领域

本发明涉及细胞培养技术领域，特别是涉及一种动态细胞培养器及细胞培养系统。

背景技术

近十几年来，由于生物制品行业的飞速发展，传统的通过生物化学技术从动物组织获取生物制品的方法已经远远不能满足市场的需求，通过动物细胞在体外大规模培养来表达特定的蛋白、单克隆抗体、干扰素及病毒疫苗制品已成为目前最普遍的技术。

目前常用的细胞培养装置有常规细胞培养皿、板、瓶培养及转瓶培养、大型生物反应器等，上述细胞培养装置存在以下缺陷：

1)单位体积内供细胞生长的表面积小，细胞生长密度低，单次培养收获细胞数量少，获得大量细胞需要大量增加装置数量并重复多次培养，而反复多次培养需花费大量材料、人工及时间；

2)培养过程中培养液配制、加液、细胞及培养物收获均为分步手工操作，缺乏全封闭、自动化、程序化、连续高效的集成式培养系统，使培养过程中污染的风险大幅度提高；

3)目前市面上的细胞工厂可实现一次培养收获大量细胞的目的，但是占用空间极大，培养过程需要大量的培养液、胰酶等试剂，以十层细胞工厂为例，产品高度达20cm，填充培养液后产品重量明显增加，手动操作十分困难，整个过程需要通过机械手辅助操作，产品体积较大与实验室的培养箱不适配，需要购置专用培养箱，会大幅增加设备投入，消耗大量人力、时间、空间，限制了其广泛使用。

综上所述，如何提供一种污染风险小、可一次培养收获大量细胞且使用便利性高的细胞培养装置，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种动态细胞培养器及细胞培养系统，该动态细胞培养器具有较高的使用便利性，适于人手操作，且能够降低细胞培养过程中的污染风险，可实现一次培养收获大量细胞。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种动态细胞培养器，包括长方体形的壳体，所述壳体的内部设置有多层由下向上分布且相互平行的培养腔，所述壳体的两个相对的侧面处分别设置有进液室和出液室，任意一层所述培养腔的两端均分别与所述进液室和所述出液室连通，所述壳体的另外两个相对的侧面上分别设置有进液口和出液口，所述进液口和所述出液口的连线为所述壳体的体对角线，所述进液口与所述进液室连通，所述出液口与所述出液室连通。

优选地，在上述动态细胞培养器中，每一层所述培养腔的高度为2mm～6 mm。

优选地，在上述动态细胞培养器中，所述壳体的长度为280mm～320mm，宽度为180mm～220mm。

优选地，在上述动态细胞培养器中，所述壳体的底面在外表面设置有多个相互平行的第一加强肋，所述壳体的顶面在外表面设置有横纵交错的第二加强肋，所述第一加强肋的延伸方向与所述进液口所在的侧面平行。

优选地，在上述动态细胞培养器中，所述动态细胞培养器包括由下向上依次叠放的底盖、多个隔板和顶盖，在所述隔板的第一面上，所述隔板的边缘具有凸起的脊边，在所述隔板的第二面上，所述隔板的边缘具有与另一个所述隔板的所述脊边相嵌合的沟槽，所述隔板的两个相对的侧边处开设有用于形成所述进液室和所述出液室的长条孔，任意上下相邻的两个所述隔板通过边缘焊合连接固定在一起；

所述底盖与最下层所述隔板通过边缘焊合连接固定在一起，所述顶盖与最上层所述隔板通过边缘焊合连接固定在一起，所述进液口位于所述底盖上，所述出液口位于所述顶盖上。

优选地，在上述动态细胞培养器中，所述隔板的除边缘以外的部分厚度为1mm～2mm。

优选地，在上述动态细胞培养器中，所述隔板的双面、所述底盖的上表面和所述顶盖的下表面均为经过等离子亲水处理的亲水表面。

优选地，在上述动态细胞培养器中，所述底盖、所述隔板及所述顶盖的材质均为透明塑料。

优选地，在上述动态细胞培养器中，所述隔板的数量为4个～60个。

一种细胞培养系统，包括培养液收集瓶、蠕动泵和如上述任意一项所公开的动态细胞培养器，所述蠕动泵与所述动态细胞培养器的进液口通过进液管路连接，所述培养液收集瓶与所述动态细胞培养器的出液口通过出液管路连接，所述培养液收集瓶与所述蠕动泵通过循环管路连接。

根据上述技术方案可知，本发明提供的动态细胞培养器中，壳体为长方体形，内部设置有多层培养腔，培养腔的一端与进液室连通，另一端与出液室连通，进液室和出液室分别位于壳体的两个相对的侧面处，而壳体的另外两个相对的侧面上分别设置有进液口和出液口，进液口和出液口的连线为壳体的体对角线，而且，进液口与进液室连通，出液口与出液室连通，因此本发明提供的动态细胞培养器适用灌流培养，使用时，培养液从进液口流入进液室，然后沿水平方向流过培养腔进入出液室，最后从出液口流出。

综上所述，本发明提供的动态细胞培养器不但具有密闭功能，而且内部具有多层培养腔，这些培养腔相互平行地由下向上分布，大幅度增加了可供培养细胞的内表面积。动态细胞培养器的密闭功能有助于降低细胞培养过程中的污染风险，而大幅度增加内表面积后，不仅可实现一次培养收获大量细胞，还有助于降低培养系统的整体高度和整体重量，从而便于人手操作(如手动搬运转移等)，提高使用便利性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种动态细胞培养器的立体示意图；

图2是图1中的动态细胞培养器沿长度方向翻转180°后的示意图；

图3是本发明实施例提供的动态细胞培养器的正视图；

图4是图3中的A-A剖视图；

图5是图3的仰视图；

图6是图3是左视图；

图7是图1中件2的立体示意图；

图8是图1中件2的一面的示意图；

图9是图1中件2的另一面的示意图；

图10是图8中的B-B剖视图；

图11是图10中C处的放大图。

图中标记为：

1、底盖；11、进液口；2、隔板；21、第一长条孔；22、第二长条孔； 23、肋条；24、豁口；25、沟槽；26、脊边；3、顶盖；31、出液口。

具体实施方式

为了便于理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述。

参见图1～图6，图1是本发明实施例提供的一种动态细胞培养器的立体示意图，图2是图1中的动态细胞培养器沿长度方向翻转180°后的示意图，图3、图5和图6分别是本发明实施例提供的动态细胞培养器的正视图、仰视图和左视图，图4是图3中的A-A剖视图。

本发明实施例提供的动态细胞培养器包括长方体形的壳体，壳体的内部设置有多层由下向上分布且相互平行的培养腔，壳体的两个相对的侧面处分别设置有进液室和出液室，任意一层培养腔的两端均分别与进液室和出液室连通，壳体的另外两个相对的侧面上分别设置有进液口11和出液口31，进液口11和出液口31的连线为壳体的体对角线，进液口11与进液室连通，出液口 31与出液室连通。

需要说明的是，图1所示状态为动态细胞培养器在使用时的放置状态，本文中的“由下向上”是以图1所示方向为准。

本发明提供的动态细胞培养器具有密闭功能，适用灌流培养。使用时，培养液从进液口11流入进液室，然后沿水平方向流过培养腔进入出液室，最后从出液口31流出。动态细胞培养器的密闭功能有助于降低细胞培养过程中的污染风险，而内部相互平行地由下向上分布的多层培养腔大幅度增加了可供培养细胞的内表面积，不仅可实现一次培养收获大量细胞，还有助于降低培养系统的整体高度和整体重量，从而便于人手操作(如手动搬运转移等)，提高使用便利性。

具体实际应用中，动态细胞培养器既可以采用一体注塑成型的形式，也可以采用多个零件组装的形式。由图1、图2，以及图4～图6可见，本实施例中，动态细胞培养器包括由下向上(以图1所示方向为准)依次叠放的底盖1、多个隔板2和顶盖3，进液口11位于底盖1上，出液口31位于顶盖3上。

参见图7～图11，图7是隔板2的立体示意图，图8是隔板2的一面的示意图，图9是隔板2的另一面的示意图，图10是图8中的B-B剖视图，图11是图10中C 处的放大图。隔板2的两个相对的侧边处开设有长条孔，

当多个隔板2摞放在一起后，两侧的长条孔便分别形成进液室和出液室，具体结构如图8所示，隔板2的左侧边处开设第一长条孔21，右侧边处开设第二长条孔22，当多个隔板2摞放在一起后，多个第一长条孔21连通起来形成进液室，多个第二长条孔22连通起来形成出液室。

在图8所示的这一面上，隔板2设置有多根凸起的肋条23，肋条23的延伸方向与长条孔所在的侧边垂直，在图9所示的这一面上，隔板2除边缘以外的部分为平面，叠放隔板2时，图8所示的面与图9所示的面相对，肋条23将每一层培养腔划分为多个走廊式的培养间，如图8和图11所示，在进液室与培养间的交界处设置有凸起的挡墙，进液室内的液体通过开设在挡墙上的豁口24流入培养间内。

参见图11，为了便于叠放隔板2，在隔板2的第一面上，隔板2的边缘具有凸起的脊边26，在隔板2的第二面上，隔板2的边缘具有与另一个隔板2的脊边 26相嵌合的沟槽25。

任意上下相邻的两个隔板2通过边缘焊合连接固定在一起，底盖1与最下层隔板2通过边缘焊合连接固定在一起，顶盖3与最上层隔板2通过边缘焊合连接固定在一起，因此，所有隔板2的边缘、底盖1和顶盖3一起形成壳体，同时，任意上下相邻的两个隔板2之间、底盖1与最下层隔板2之间，以及顶盖3与最上层隔板2之间形成各层培养腔。

参见图2和图3，隔板2的数量一般为4个～60个，根据实际应用时需要的腔室层数选取具体值。顶盖3、隔板2和底盖1共同提供密闭功能，以减少污染，且均具备减少培养基挥发功能。为了便于观察，底盖1、隔板2及顶盖 3的材质可以选用透明塑料。

壳体的长度可以为280mm～320mm，宽度可以为180mm～220mm，隔板 2的除边缘以外的部分厚度一般为1mm～2mm，每一层培养腔的高度一般为2 mm～6mm。

采用高度较低的培养腔可以大幅降低整个动态细胞培养器的高度，这样动态细胞培养器的体积相较市面上的细胞工厂明显减小，因此本发明提供的动态细胞培养器不仅单层或低层可以单手掌握，即使20层时亦可实现双手操作，有助于提高使用便利性，避开机械化操作可以降低设备投入和人力成本。

另外，培养腔高度降低后，可以明显减少培养基、胰酶、血清等试剂的用量，节约成本，以十层细胞培养系统为例，培养液、胰酶等试剂充满十层培养腔本发明提供的动态细胞培养器通常仅需1000ml，而十层细胞工厂培养液、胰酶等试剂用量往往高达2L。同时，由于试剂用量减少和培养系统体积减小，本发明提供的动态细胞培养器使用过程中的总重量比同层数的细胞工厂可以减少三分之一以上，高层数时亦可手动搬运转移，无需配备专用机械设备，因而可进一步减小设备通入和应用成本，提高操作便利性。

为了使细胞更容易贴壁生长，从而增加细胞生长面积，提高细胞收获数量，本实施例中，隔板2的双面、底盖1的上表面和顶盖3的下表面均为经过等离子亲水处理的亲水表面。

在正常培养过程中，各层培养腔处于平放状态，如图1和图3所示，此状态下培养液由进液室到出液室沿水平方向流动，但是向空的动态细胞培养器灌注培养液时，为了尽量气泡的产生，通常会先将动态细胞培养器竖放(进液室在下，出液室在上)，使培养液由进液室到出液室沿竖直方向流动，此状态下培养液进入进液室后直接均匀且同时流入每个培养腔，并同步灌注各个培养腔，充满后，各个培养腔的培养液同时流入出液室。

为了提高壳体的刚度，保证动态细胞培养器在竖放状态下不容易发生变形，本实施例中，壳体的顶面和底面分别在外表面设置有多个相互平行的加强肋，加强肋的延伸方向与进液口11所在的侧面平行。进一步地，为了便于抓握，顶盖3上的加强肋为横纵交错的形式，如图1所示。

本发明还提供一种细胞培养系统，该细胞培养系统包括培养液收集瓶、蠕动泵和上述实施例公开的动态细胞培养器，蠕动泵与动态细胞培养器的进液口11通过进液管路连接，培养液收集瓶与动态细胞培养器的出液口31通过出液管路连接，培养液收集瓶与蠕动泵通过循环管路连接。

蠕动泵、动态细胞培养器和培养液收集瓶，以及配套连接管路等一起构成灌流系统，培养过程属于动态培养，可连续不间断地为细胞的生长过程提供营养物质输送，同时动态培养更加接近细胞在体内的生长环境，有利于提高细胞活性表达更多的蛋白、单克隆抗体、细胞因子等，有利于研发过程获得更加准确有效的实验数据。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种动态细胞培养器，其特征在于，包括长方体形的壳体，所述壳体的内部设置有多层由下向上分布且相互平行的培养腔，所述壳体的两个相对的侧面处分别设置有进液室和出液室，任意一层所述培养腔的两端均分别与所述进液室和所述出液室连通，所述壳体的另外两个相对的侧面上分别设置有进液口(11)和出液口(31)，所述进液口(11)和所述出液口(31)的连线为所述壳体的体对角线，所述进液口(11)与所述进液室连通，所述出液口(31)与所述出液室连通。

2.根据权利要求1所述的动态细胞培养器，其特征在于，每一层所述培养腔的高度为2mm～6mm。

3.根据权利要求2所述的动态细胞培养器，其特征在于，所述壳体的长度为280mm～320mm，宽度为180mm～220mm。

4.根据权利要求1所述的动态细胞培养器，其特征在于，所述壳体的底面在外表面设置有多个相互平行的第一加强肋，所述壳体的顶面在外表面设置有横纵交错的第二加强肋，所述第一加强肋的延伸方向与所述进液口(11)所在的侧面平行。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的动态细胞培养器，其特征在于，所述动态细胞培养器包括由下向上依次叠放的底盖(1)、多个隔板(2)和顶盖(3)，在所述隔板(2)的第一面上，所述隔板(2)的边缘具有凸起的脊边(26)，在所述隔板(2)的第二面上，所述隔板(2)的边缘具有与另一个所述隔板(2)的所述脊边(26)相嵌合的沟槽(25)，所述隔板(2)的两个相对的侧边处开设有用于形成所述进液室和所述出液室的长条孔，任意上下相邻的两个所述隔板(2)通过边缘焊合连接固定在一起；

所述底盖(1)与最下层所述隔板(2)通过边缘焊合连接固定在一起，所述顶盖(3)与最上层所述隔板(2)通过边缘焊合连接固定在一起，所述进液口(11)位于所述底盖(1)上，所述出液口(31)位于所述顶盖(3)上。

6.根据权利要求5所述的动态细胞培养器，其特征在于，所述隔板(2)的除边缘以外的部分厚度为1mm～2mm。

7.根据权利要求5所述的动态细胞培养器，其特征在于，所述隔板(2)的双面、所述底盖(1)的上表面和所述顶盖(3)的下表面均为经过等离子亲水处理的亲水表面。

8.根据权利要求7所述的动态细胞培养器，其特征在于，所述底盖(1)、所述隔板(2)及所述顶盖(3)的材质均为透明塑料。

9.根据权利要求7所述的动态细胞培养器，其特征在于，所述隔板(2)的数量为4个～60个。

10.一种细胞培养系统，其特征在于，包括培养液收集瓶、蠕动泵和如权利要求1～9中任意一项所述的动态细胞培养器，所述蠕动泵与所述动态细胞培养器的进液口(11)通过进液管路连接，所述培养液收集瓶与所述动态细胞培养器的出液口(31)通过出液管路连接，所述培养液收集瓶与所述蠕动泵通过循环管路连接。