CN109843417A - 生物反应器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

提供倒置的圆锥形生物反应器用于培养细胞或微生物。该生物反应器具有内部空间和容器内的穿孔隔板，液体可以通过该隔板流动，其中细胞或微生物不能穿过穿孔隔板。穿孔隔板将生物反应器的内部空间分成第一腔室和第二腔室。细胞在第二腔室内生长，并且可以通过使液体(例如生长培养基)再循环通过生物反应器来灌注细胞。各种入口和出口允许控制生长培养基的流动参数。

Description

生物反应器及其使用方法

技术领域

本文公开了包含用于培养活细胞或微生物的穿孔隔板的生物反应器。用于在本文所述的生物反应器中培养细胞或微生物的方法，其中流速的调节可用于不同密度的细胞或微生物的生长。

背景技术

生物反应器用于在容纳和控制的环境中培养微生物和分离的活细胞，包括哺乳动物细胞和人细胞。在许多情况下，微生物和细胞的培养需要将微生物或细胞物理地分离并与周围环境隔离并保持在无菌环境中。这些实例可包括开发和制造治疗性微生物或细胞，例如疫苗和遗传修饰的细胞，以及制备用于治疗的工具，例如用于基因治疗的病毒、蛋白质、抗体或治疗细胞。另外，在生物体有害的情况下存在从环境中容纳微生物或细胞的需要。

这些微生物和细胞的培养和加工需要几个典型步骤，这些步骤可能包括但不限于用少量生物体或细胞接种生物反应器，不断向微生物或细胞提供营养物、培养基、补充剂、活化剂，测量微生物或细胞数，维持生存力，维持微生物或细胞的特性，维持物理状态，以及细胞收集。在生物反应器中微生物和细胞的生长和扩增期间，监测诸如培养基和葡萄糖消耗、培养基中的氧化物、H+离子、电导率等参数也是重要的。另外，长期培养通常包括将微生物或细胞在增殖时转移到更大的容器中。一旦微生物或细胞的数量达到所需的数量或活性，通常处理和配制该微生物或细胞。这种处理可包括洗涤生长培养基、浓缩细胞或微生物、将培养基更换为最终的保存培养基、或包装和冷冻微生物或细胞以供进一步使用。

生物反应器可用于生长、增殖、分化和维持活细胞和/或微生物以用于不同目的。在这种生物反应器中生长的细胞通常由生长培养基灌注，生长培养基为细胞提供营养和氧气，并去除细胞排泄的废物和二氧化碳。通常，可以在这种生物反应器中培养细胞或微生物之前和/或期间进行各种步骤，包括例如选择细胞、培养细胞、修饰细胞、激活细胞、扩增细胞(通过细胞增殖)、洗涤细胞、浓缩细胞和最终配制细胞(或微生物)。

迄今为止，通常通过在不同容器之间转移具有微生物或细胞的培养基来进行繁殖，并且为此目的使用各种工具，例如较大的生长容器、离心管或袋、中间储存容器和最终包装。上述方法通常可包括打开操作，即微生物或细胞从一个步骤转移到另一个步骤。

上述步骤中的几个步骤可能需要从生物反应器中除去细胞并进一步使它们经受诸如离心、分离、孵育、计数、测试、分离、配制和包装等步骤。不幸的是，涉及将细胞或微生物从生物反应器中取出的任何步骤都显著增加了不希望的微生物(例如，真菌、细菌、支原体或其他不需要的微生物)污染细胞的风险，这可能对细胞培养过程产生不利影响。

长期以来需要封闭系统生物反应器，其可以减少或消除通过将细胞或微生物从生物反应器中取出的需要并且减少或消除与培养期间的细胞的步骤和人类互动。此外，需要通过在一个自动和封闭系统中将细胞从早期阶段处理成最终产物来端对端地自动化和优化处理。本文描述的生物反应器解决了这些需求并进一步提供了有利的生长条件，允许更高的产率和更低的培养基需求。

发明内容

在一个方面，本文公开了用于在其中生长细胞或微生物的生物反应器，该生物反应器包括：

-封闭容器，在其中围合出空间；

-第一隔板，在其中具有多个孔，该第一隔板密封地设置在所述空间内，所述空间被配置为将所述空间分成第一腔室和第二腔室，其中所述第二腔室配置成容纳在其中培养的细胞或微生物，并且其中孔的直径配置成允许流体仅在第一腔室和第二腔室之间流动，反之亦然，

-一个或多个流体入口，用于将流体引入第一腔室；以及

-一个或多个流体出口，用于允许流体从第二腔室排出。

在一些相关方面，第一隔板不允许容器中生长的细胞或微生物在第一腔室和第二腔室之间通过。

在一些相关方面，第一腔室是下腔室，第二腔室是上腔室，并且其中流体流动包括向上流动。

在一些相关方面，第一隔板设置成与容器的壁接触。

在一些相关方面，生物反应器还包括其中具有多个孔的校准隔板；校准隔板密封地设置在第一腔室的第一隔板下方的空间内；校准隔板配置成校准流体流动并防止气泡通过。

在一些相关方面，校准隔板配置成控制流体流动的速度。

在一些相关方面，校准隔板的孔包括圆锥形状。

在一些相关方面，生物反应器还包括附加的筛选隔板，其中具有多个孔；筛选隔板设置在第二腔室的空间内，在第二腔室的顶部，使得培养的细胞或微生物容纳在第一隔板和筛选隔板之间；筛选隔板配置成防止细胞通过。

在一些相关方面，生物反应器容器由至少两个部分构成。

在一些相关方面，生物反应器的容器配置成在设置在第二腔室内的流体中提供流体速度梯度，使得流体的速度在从第一隔板朝向流体的顶表面的方向上减小。

在一些相关方面，至少第二腔室包括从第二腔室的底部到顶部的增加的横向横截面积。

在一些相关方面，横截面的形状选自：圆形、椭圆形、多边形、以及它们的任何组合。

在一些相关方面，容器的形状选自：圆锥形状、截头圆锥形状、锥形形状、圆柱形状、多边形棱柱形状、具有椭圆形横截面的锥形形状、具有多边形横截面的锥形形状、具有圆柱形部分和锥形部分的形状，以及具有圆锥形或锥形部分和半球形部分的形状，以及它们的任意组合。

在一些相关方面，所述一个或多个流体出口端口中的至少一个被配置为流体连接到泵，所述泵配置成从所述第二腔室接收流体，并且可选地，其中，所述泵还被配置为使所述流体再循环，经由至少一个流体入口端口返回第一腔室。

在一些相关方面，流体通过第二腔室的流速由泵的泵送速率控制。

在一些相关方面，流体包括以下任何一种：生长培养基、洗涤溶液、营养液、收集溶液、收获溶液、储存溶液、以及它们的任何组合。

在一些相关方面，其中所述一个或多个流体出口端口包括沿着第二腔室的高度在不同位置处开口的多个流体出口端口。

在一些相关方面，第一隔板是固定的不可移动隔板。

在一些相关方面，固定隔板选自：平坦隔板、与生物反应器的纵向轴线成一角度倾斜的平坦隔板、具有面向容器顶部的凹形上表面的凹形隔板、锥形隔板和圆锥形隔板。

在一些相关方面，生物反应器还包括至少一个收获口，其设置在第一隔板的上表面附近，配置成从生物反应器中收获细胞。

在一些相关方面，生物反应器配置为倒置的。

在一些相关方面，生物反应器还包括设置在第二腔室内的支撑基质，用于支撑细胞或微生物。

在一些相关方面，生物反应器还包括控制器，其可操作地连接并配置成控制至少下列之一：

至少一个传感器单元，包括一个或多个配置成感测容器内流体的一种或多种化学和/或物理性质的传感器；

多个可控制地打开和关闭的阀门，其配置成控制一个或多个流体出口端口出口和流体入口端口内的流体流动；

可控制地打开和关闭的阀，其配置成控制新鲜液体流体从流体贮存器流入泵的入口；

加热器单元，用于加热容器内的流体；

冷却单元，用于冷却容器内的流体；以及

气阀，其配置成控制包含来自氧源的氧气的气体流入设置在容器内的气体分散头。

在相关方面，公开了一种用于培养细胞或微生物的方法，在根据上述任一方面的生物反应器中，该方法包括以下步骤：

-将细胞或微生物引入生物反应器的第二腔室；

-用液体灌注细胞或微生物；

-将细胞培养至所需浓度；和

-从生物反应器中收获细胞或微生物。

在一些相关方面，灌注步骤包括控制生物反应器内流体的水平和/或流速。

在一些相关方面，灌注步骤包括使流体再循环通过第一隔板。

在一些相关方面，再循环步骤还包括以下中的至少一个：

-向生物反应器中添加一定量新鲜流体的步骤；和

-从生物反应器中排出一定量流体的步骤。

在一些相关方面，

-灌注步骤还包括给流体补氧的步骤；或者

-灌注步骤还包括控制生物反应器内流体的水平和/或流速；或者

-该方法还包括增加第二腔室中的流体水平的步骤；或者

-该方法还包括洗涤细胞或微生物的一个或多个步骤；或者

-该方法还包括通过减少第二腔室内的流体体积来浓缩细胞的步骤；

或者

-该方法还包括以下步骤：由于施加在细胞团上的重力与上游流体流的选定速度之间的平衡，将细胞团保持在第二腔室中特定区域的漂浮位置；或者

-任何组合。

在一些相关方面，细胞是粘附细胞，并且该方法还包括允许细胞附着到设置在第二腔室内的一个或多个表面的步骤。

在一些相关方面，所述一个或多个表面选自由以下组成的组：第一隔板的上表面，第二腔室的壁的表面，设置在第二腔室内的细胞支撑矩阵的表面以及任何其组合。

在一些相关方面，该方法还包括将细胞与另外的不同细胞共培养的步骤。

在一些相关方面，

-细胞是T细胞，另外的不同细胞是细胞因子分泌细胞；或者

-细胞是T细胞，另外的不同细胞是抗原呈递细胞；或者

-细胞是胚胎干细胞，另外的不同细胞是饲养细胞。

在一些相关方面，引入、灌注、培养、洗涤和收获细胞的步骤是连续的并且在第二腔室中或从第二腔室中进行。

在一个方面，本文公开了一种用于在其中培养细胞或微生物的生物反应器，该生物反应器包括：容器，其具有封闭其中的空间的容器壁；其中具有多个穿孔的穿孔隔板，该隔板密封地设置在所述空间内，以将所述空间分成第一腔室和第二腔室，其中所述穿孔的直径构造成仅允许液体从所述第一腔室流到所述第二腔室以及从所述第二腔室流到所述第一腔室，一个或多个流体入口端口，用于将液体引入第一腔室；以及一个或多个流体出口，用于允许液体离开第二腔室。

在相关方面，生物反应器还包括流体叶轮，流体叶轮设置在第一腔室内并且流体(fluidcally)连接到一个或多个流体入口端口。根据一些实施例，流体叶轮包括中空构件，其中具有多个穿孔和/或流体喷嘴，其构造成当液体被泵送到一个或多个流体入口端口时喷射第一腔室内的多个液体射流。在另一个相关方面，生物反应器还包括气体分散头，其配置用于向液体提供氧气。

在另一相关方面，一个或多个流体出口端口包括单个流体出口端口，并且一个或多个入口端口包括单个流体入口端口，并且其中流体入口端口被配置用于通过以下方式将液体引入第一腔室中。泵流体连接到流体入口端口，其中泵配置成流体连接到单个流体出口端口且配置成从第二腔室接收液体，并配置成在生物反应器内再循环液体。

在相关方面，通过控制泵泵送液体的速率来控制液体通过第二腔室的流速。在另一个相关方面，液体包括生长培养基、洗涤溶液、营养液、收集溶液、收获溶液、储存溶液或其任何组合。

在相关方面，一个或多个流体入口端口包括一个流体入口端口，并且一个或多个流体出口端口包括沿着第二腔室的高度在不同位置开口的多个流体出口端口，并且其中多个流体出口每个端口构造成可流体连接到流体歧管，其中该流体歧管流体连接到泵，使得多个流体出口端口中的任何选定流体输出端口构造成通过流体歧管流体可控地连接到泵，用于通过所选择的流体输出端口将液体从第二腔室接收到泵中，并通过泵将液体通过单个流体入口引入第一腔室，其中第二腔室内的液体水平由选自多个流体出口端口的流体出口端口确定。

在另一相关方面，生物反应器还包括多个阀，多个流体出口的每个流体出口构造成流体连接到多个阀的阀，并且其中流体歧管构造成通过连接到流体输出端口的阀流体可选择地连接到多个流体出口的任何选定的流体出口。在另一个相关方面，生物反应器还包括温度控制单元，其配置用于调节设置在生物反应器内的液体的温度。在另一相关方面，温度控制单元选自：加热元件、冷却元件、以及加热元件和冷却元件的组合。

在相关方面，生物反应器被配置用于在布置在第二腔室内的液体中建立流体速度梯度，使得第二腔室中的液体的速度在从穿孔隔板朝向第二腔室中的液体的顶部表面的方向上逐渐减小。在另一个相关方面，液体中的流体速度梯度通过第二腔室的顶部的横向横截面积大于第二腔室的底部的横向横截面积来实现。

在另一相关方面，第二腔室的横截面的形状选自圆形、椭圆形、多边形和正多边形。在另一个相关方面，生物反应器的容器壁包括在其中形成的一个或多个可闭合和/或可密封的开口。在另一个相关方面，一个或多个可闭合和/或可密封的开口选自设置在生物反应器顶部的一个或多个开口，以及设置在生物反应器的侧壁中的一个或多个开口，以及它们的任何组合。

在一个相关方面，生物反应器还包括密封地设置在容器壁中并且构造成用于将注射器针插入穿过垫圈的自密封垫圈，用于通过针将细胞或微生物注射到第二腔室中。

在相关方面，生物反应器的形状选自圆锥形、截头圆锥形、锥形、圆柱形、多棱柱形、具有椭圆形横截面的锥形形状、具有多边形横截面的锥形形状、具有圆柱形部分和锥形部分的形状以及具有圆锥形或锥形部分和半球形部分的形状，或它们的组合。

在相关方面，穿孔隔板是固定的不可移动的穿孔隔板。在另一个相关方面，固定穿孔隔板选自平坦的穿孔隔板、与生物反应器的纵向轴线成一角度倾斜的扁平穿孔隔板、具有面向生物反应器顶部的凹形上表面的凹形穿孔隔板、锥形穿孔隔板和圆锥形穿孔隔板。在另一个相关方面，穿孔隔板是可移动的穿孔隔板。在另一个相关方面，可移动穿孔隔板选自隔板隔板通过柔性和/或可拉伸构件密封地附接到容器壁的可移动穿孔隔板(该柔性和/或可拉伸构件密封地附接到穿孔隔板的周边并且密封地附接到容器壁)，可变形和/或柔性的穿孔隔板，以及具有面向生物反应器的顶部的凸起上表面的凸起弯曲穿孔隔板。在另一个相关方面，穿孔隔板还包括附接到其上的磁性构件，用于通过使用设置在生物反应器外部的磁体向穿孔隔板施加力来使穿孔隔板能够移动和/或倾斜和/或变形和/或弯曲。在另一个相关方面，穿孔隔板不允许容器中生长的细胞或微生物穿过穿孔隔板从第一腔室到第二腔室以及从第二腔室到第一腔室。

在一个相关方面，生物反应器还包括在容器底部和将第一和第二腔室分开的穿孔隔板之间的第一腔室内的附加穿孔隔板隔板，或者在细胞和容器顶部之间的第二腔室内的另外的穿孔隔板，或其组合。

在相关方面，生物反应器还包括至少一个收获口，其设置在容器壁中并且在穿孔隔板的上表面附近通向第二腔室，所述穿孔隔板构造成用于从生物反应器收获细胞。在一个相关方面，所述生物反应器还包括收获口，所述收获口包括中空构件，其具有密封地连接到所述穿孔隔板并且在所述穿孔隔板的上表面处开口的第一端，以及密封地穿过所述第一腔室的壁且紧密地向生物反应器外开口的第二端。在另一个相关方面，生物反应器包括至少一个收集端口，其设置在容器壁中并且在穿孔隔板的上表面附近通向第二腔室，并且其中生物反应器是可倾斜的生物反应器，其配置成在垂直方向的角度有助于通过至少一个收获口收获细胞。

在相关方面，生物反应器配置为倒置的。

在相关方面，生物反应器还包括可打开/可关闭的出口，其设置在第一腔室的壁或底部，构造成用于从生物反应器排出至少一些液体。在另一个相关方面，生物反应器被配置成流体连接到泵，该泵可流体地连接到设置在生物反应器外部的流体贮存器，用于将新鲜液体从流体贮存器引入生物反应器。

在相关方面，生物反应器还包括至少一个传感器单元，该传感器单元包括至少一个传感器，该传感器被配置用于感测液体的一种或多种化学和/或物理特性。

在相关方面，生物反应器可操作地连接到控制器以控制生物反应器的操作。

在相关方面，生物反应器还包括流体叶轮，流体叶轮设置在第一腔室内并且流体地联接到一个或多个流体入口端口的至少一个流体入口端口，流体叶轮包括具有多个穿孔和/或流体喷嘴的中空构件，其中构造成当液体被泵送到至少一个流体入口端口时喷射第一腔室内的多个液体射流。在另一相关方面，一个或多个流体入口端口和一个或多个流体出口端口包括或配置成流体连接到阀，用于可控制地打开和关闭一个或多个流体入口端口和一个或多个流体出口端口。在另一个相关方面，阀选自可手动操作的阀和可连接到控制器的自动操作阀。在另一个相关方面，自动操作阀是基于电动螺线管的阀，其可连接到控制器，用于自动控制阀的打开和关闭。

在相关方面，生物反应器还包括设置在第二腔室内的支撑基质，用于支撑细胞或微生物。

在一个方面，本申请公开了一种生物反应器系统，其包括：如本文所公开的生物反应器；以及用于在生物反应器内循环液体的泵。

在相关方面，泵从一个或多个流体出口接收液体并将接收的液体泵送到一个或多个流体入口端口中。在另一个相关方面，生物反应器系统还包括流体贮存器，该流体贮存器可流体地连接到泵的入口端口，用于可控制地将新鲜液体提供给泵以泵送到第一腔室中。

在相关方面，生物反应器系统还包括用于手动或自动控制生物反应器的操作的控制器。在另一相关方面，控制器可操作地耦合到至少一个传感器单元中的一个或多个，所述传感器单元包括用于感测液体的一种或多种化学和/或物理特性的一个或多个传感器，用来控制一个或多个流体出口端口出口内的液体流动的多个可控制地可打开和可关闭的阀，用于控制新鲜液体从流体贮存器流入泵的入口的可控制地打开和关闭的阀门，用于加热液体的加热器单元，用于冷却液体的冷却单元，和用于控制包含来自氧源的氧气的气体流入设置在生物反应器内的气体分散头的气阀。

在相关方面，生物反应器还包括设置在第二腔室内的支撑基质，用于支撑细胞或微生物。

附图说明

在说明书的结论部分中特别指出并清楚地要求保护本文公开的主题。然而，当结合以下附图阅读时，通过参考以下详细描述，可以最好地理解本文公开的生物反应器，包括组织和操作方法，以及其目的，特征和优点，其中：

图1是说明本文公开的生物反应器系统的一些实施方案的示意性部分横截面图，其中该系统包括生物反应器，该生物反应器包括穿孔隔板；

图2是说明本文公开的生物反应器系统的一些实施方案的示意性部分横截面图，其包括具有多个流体出口的生物反应器，用于可控制地调节生物反应器中生长培养基的水平；

图3是说明本文公开的生物反应器系统的一些实施方案的示意性部分横截面图，所述生物反应器系统包括具有圆柱形状的生物反应器，该生物反应器包括穿孔隔板；

图4A-4I是说明包括穿孔隔板(12)的生物反应器的形状的一些实施方案的示意性横截面图；图4A表示生物反应器(300)，其形状具有圆柱形部分(304A)和截头圆锥形部分(304B)；图4B表示生物反应器(310)，其形状具有圆柱形部分(314A)和锥形部分(314B)；图4C表示生物反应器(320)的另一个实施方案，其具有圆柱形部分(324A)和锥形部分(324B)的形状；图4D表示具有锥形形状的生物反应器(330)；图4E示出了具有圆锥形形状的生物反应器(340)的另一个实施例；图4F表示生物反应器(350)，其形状具有锥形部分(354A)和截头圆锥形部分(354B)；图4G表示具有圆柱形状的生物反应器(360)；图4H表示具有类似于圣杯的形状的生物反应器(370)，包括成形为半球形的第一腔室(374A)和成形为截头圆锥形部分的第二腔室(374B)；图4I显示了生物反应器(380)，其包括垂直壁部分(380H)和倾斜壁部分(380E)；

图4J是图4I中所示的生物反应器(380)的示意性顶视图；

图5是说明根据本文公开的生物反应器系统的一些实施方案的生物反应器系统(400)的组件的示意性框图。

图6A和6B是示出可倾斜生物反应器(510)的可能位置状态的两个实施例的示意性部分横截面图；在图6A中，生物反应器(510)处于垂直状态；在图6B中，生物反应器(510)处于倾斜状态；

图6C和6D是说明具有固定倾斜穿孔隔板的生物反应器(550)的两个实施方案的示意性部分横截面图；

图7-9是示出了包括三种不同类型的非平面(非平坦)穿孔隔板(分别为612、712和812)的生物反应器的三个不同实施例(分别为610、710和810)的示意性部分横截面图；

图10A和10B是说明包括可变形穿孔隔板(912)的生物反应器(910)的不同状态的两个实施方案的示意性部分横截面图；

图11A和11B是说明包括弯曲穿孔隔板(1012)的生物反应器(1010)的不同状态的两个实施方案的示意性部分横截面图；

图12A和12B是说明根据本申请的生物反应器的一些实施方案的包括可倾斜穿孔隔板(1112)的生物反应器(1110)的不同操作状态的两个实施方案的示意性部分横截面图；

图13是说明生物反应器系统(1250)的实施方案的示意性部分横截面图，所述生物反应器系统包括具有穿孔隔板(12)和细胞载体基质(1260)的生物反应器(10)；

图14A-14C显示了用于培养细胞的生物反应器(图14A)和使用图14A的生物反应器生长的细胞的生长曲线(细胞数与天数)的实施方案的示意图；图14B显示在T75烧瓶(蓝线)和生物反应器(橙色)中5天后的生长曲线；图14C显示与在T75烧瓶中生长的细胞相比的生物反应器中生长14天后的生长曲线(黄线)，具有(蓝线)和没有(灰线)变化的培养基；

图15A-15D显示了在生物反应器中生长的细胞的处理实施方案；图15A表示将一种液体替换为另一种液体的实施方案，例如用洗涤缓冲液替换生长培养基；图15B表示用另一种液体替换一种液体的另一个实施方案，其中生物反应器包括位于细胞水平之上的第二(上室)内的位置的第二隔板(隔板2)；如图15B所示的生物反应器容器在图像中倒置；图15C和15D显示了由两个截头圆锥形部分构成的生物反应器的代表性图，该两个截头圆锥形部分由两个穿孔隔板分成三个室，其中图15C示出了细胞生长阶段期间的生物反应器，图15D表明生物反应器在洗涤阶段处于其翻转位置；并且

图16是示出构造成控制流体速度的穿孔隔板的示意性横截面图。

应当理解，为了说明的简洁性和清晰性，图中所示的元件不一定按比例绘制。例如，为了清楚起见，可以相对于其他元件夸大一些元件的尺寸。此外，在认为适当的情况下，可以在附图中重复附图标记以指示对应或类似的元件。

具体实施方式

在以下详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本文所述生物反应器及其用途的透彻理解。在其他情况下，没有详细描述公知的方法、程序和组件，以免模糊本文所述的生物反应器及其用途。

本申请公开了一种细胞培养处理和操作系统，其包括生物反应器和生物反应器系统，所述生物反应器和生物反应器系统设计用于在从分离到最终制剂的变化密度和适应性培养体积中培养细胞和微生物。本文公开的生物反应器配置成连续地允许在一个单独的单元中选择、培养、修改、激活、扩展、洗涤、浓缩和配制的所有必要步骤。根据一些实施方案，生物反应器可以以分批模式、补料分批模式和灌注模式使用，并且可以在封闭的无菌环境中完全控制，并且可以实施用于单次使用(在一个培养循环后丢弃)以及多循环使用。

在详细解释本文所公开的生物反应器及其系统的各种实施方案之前，应注意，所公开的生物反应器及其系统不一定限于在以下描述中阐述和/或在附图和/或实施例中说明的其应用于构造的细节和组件和/或方法的布置。本文公开的生物反应器及其系统可包括其他实施方案或以各种方式实践或实施。

本申请在其一些实施方案中公开了“培养基”、“液体”、“气体”、“洗涤缓冲液”、“溶液”或“流体”的流动或流出。本领域技术人员将理解，这些术语可替代地使用并且具有在施加的压力和/或施加的剪切应力下连续变形(流动)的物质的特征。

本申请在其一些实施方案中公开了用于培养活细胞或微生物的生物反应器，及其在这些生物反应器中培养细胞或微生物的方法，包括从分离到最终制剂的所有培养步骤。

技术人员会理解术语“细胞”可以包括任何活细胞。在一些实施方案中，可以在本文公开的生物反应器中培养的细胞包含任何原核或真核细胞。在一些实施方案中，可在本文公开的生物反应器中培养的细胞包含单细胞和多细胞微生物，例如细菌、古细菌、病毒、酵母细胞、植物细胞或昆虫细胞。

在一些实施方案中，真核细胞包括植物细胞、昆虫细胞、动物细胞或真菌。在一些实施方案中，细胞包含组织培养细胞、原代细胞或生殖细胞。在一些实施方案中，组织培养细胞或原代细胞包含干细胞，成体细胞、转分化细胞、去分化细胞或分化细胞。在一些实施方案中，动物细胞包含哺乳动物细胞。例如，哺乳动物细胞可包括源自狒狒、水牛、猫、鸡、牛、狗、山羊、豚鼠、仓鼠、马、人、猴、小鼠、猪、鹌鹑或兔的细胞。在一些实施方案中，哺乳动物细胞包含原代细胞，其包含干细胞、胚胎细胞、成体细胞、转分化细胞、去分化细胞或分化细胞。在一些实施方案中，哺乳动物细胞包含组织培养细胞，其包含干细胞、胚胎细胞、成体细胞、转分化细胞、去分化细胞或分化细胞。

在一些实施方案中，与本文公开的生物反应器中的生长相容的细胞类型包括干细胞、腺泡细胞、脂肪细胞、肺泡细胞、成釉细胞、环状纤维细胞、蛛网膜细胞、星形胶质细胞、胚盘细胞、颅盖细胞、癌细胞(腺癌、纤维肉瘤、胶质母细胞瘤、肝细胞瘤、黑色素瘤、髓样白血病、神经母细胞瘤、骨肉瘤、肉瘤)心肌细胞、软骨细胞、脊索瘤细胞、嗜铬细胞、卵丘细胞、内皮细胞、内皮样细胞、鞘细胞、上皮细胞、成纤维细胞、成纤维细胞样细胞、胚芽细胞、肝细胞、杂交瘤、胰岛素生成细胞、间质细胞、胰岛、角质形成细胞、淋巴细胞、巨噬细胞、肥大细胞、黑素细胞、半月板细胞、系膜细胞、间充质前体细胞、单核细胞、单核细胞、成髓细胞、成肌细胞、肌成纤维细胞、神经细胞、核细胞、成牙本质细胞、卵母细胞、成骨细胞、成骨细胞样细胞、破骨细胞、破骨细胞前体细胞、卵圆细胞、乳头状细胞、实质细胞、周细胞、牙周韧带细胞、骨膜细胞、血小板、肺细胞、前脂肪细胞、心外膜细胞、肾细胞、Salisphere细胞、雪旺细胞、分泌细胞、平滑肌细胞、精子细胞、星状细胞细胞、干细胞、干细胞样细胞、Stertoli细胞、基质细胞、滑膜细胞、滑膜细胞、T细胞、肌腱细胞、T淋巴母细胞、滋养细胞、自然杀伤细胞、树突细胞、尿路上皮细胞、玻璃体细胞等；细胞来源于例如但不限于下列任何组织：脂肪组织、肾上腺、羊水、羊膜囊、主动脉、动脉(颈动脉、冠状动脉、肺)、胆管、膀胱、血液、骨、骨髓、大脑(包括大脑皮质)、乳房、支气管、软骨、子宫颈、绒毛膜绒毛、结肠、结膜、结缔组织、角膜、牙髓、十二指肠、硬脑膜、耳、子宫内膜异位囊肿、子宫内膜、食道、眼、包皮、胆囊、神经节、牙龈、头/颈、心脏、心脏瓣膜、海马、髂骨、椎间盘、关节、颈静脉、肾、膝关节、泪腺、韧带、肝脏、肺、淋巴结、乳腺、下颌骨、脑膜、中胚层、微容器、粘膜、肌肉衍生(MD)、骨髓性白血病、骨髓瘤、鼻腔、鼻咽、神经、髓核、口腔粘膜、卵巢、胰腺、腮腺、阴茎、胎盘、前列腺、肾、呼吸道、视网膜、唾液腺、隐静脉、坐骨神经、骨骼肌肉、皮肤、小肠、括约肌、脊柱、脾、胃、滑膜、牙齿、肌腱、睾丸、甲状腺、扁桃体、气管、脐动脉、脐带、脐带血、脐带静脉、脐带(WartonsJelly)、泌尿道、子宫、脉管系统、心室、声带和细胞，或其任何组合。在一些实施方案中，在本文公开的生物反应器中生长的细胞可包含不同细胞类型的组合。如本文所用，在一些实施方案中，术语“细胞”和“微生物”可互换使用，具有所有相同的含义和品质。

在一些实施方案中，收集在本文公开的生物反应器中生长的细胞或微生物的产物，例如蛋白质、肽、抗生素或氨基酸。在一些实施方案中，可以收集在本文公开的生物反应器中以大规模方式生长并由细胞或微生物合成的细胞或微生物的任何产物。

本申请中公开的生物反应器，其非限制性在图1(10)、图2(110)、图3(210)、图4A(300)、图4B(310)、图4C(320)、图4D(330)、图4E(340)、图4F(350)、图4G(360)、图4H(370)、图4I(380)、图6A和6B(510)、图6C和6D(550)、图7(610)、图8(710)、图9(810)、图10A和10B(910)、图11A和11B(1010)、图12A和12B(1110)以及图14A中示出，可以成形为类似于中空容器的形状，该中空容器包括穿孔隔板，该隔板将容器内的内部容积或空间分成第一(下)腔室和设置在第一腔室上方的第二(上)腔室。

根据一些实施方案，本文描述的用于在其中生长细胞或微生物的生物反应器，该生物反应器包括：

-在其中围合出空间的封闭容器；

-其中具有多个穿孔的隔板，所述隔板密封地设置在所述空间内，被配置为将所述空间分成第一腔室和第二腔室，其中所述第二腔室被配置为容纳其中生长的细胞或微生物，并且其中穿孔的直径构造成允许流体仅在第一腔室和第二腔室之间流动，反之亦然，

-一个或多个流体入口，用于将流体引入第一腔室；和

-一个或多个流体出口，用于允许流体从第二腔室排出。

根据一些实施方案，生物反应器容器可以由至少两个部分构成。并且根据一些实施例，隔板可以附接在两个部分之间。根据一些实施例，可以在容器的不同部分之间提供更多的穿孔隔板。根据一些实施例，隔板设置成与容器的壁接触(如图1-4、6-13、15-16中所示)。

根据一些实施例，第一腔室是下腔室，第二腔室是上腔室，并且其中流体流动是从下腔室朝向上腔室(抵抗重力方向)的向上流动。

不受限制，在一些实施方案中，生物反应器包括腔室，腔室包括加宽形状，例如圆锥台形状或其一部分，其构造成导致流体速度降低。在一些实施方案中，生物反应器包括由穿孔隔板分开的两个部分的室，其中隔板允许恒定的流体流动，例如但不限于流体生长培养基，并且其中细胞保留在第二(上)腔室。在一些实施方案中，生物反应器包括降低第二(上)腔室中流体的流速和整个容器中均匀且温和的流体流。在一些实施方案中，温和且均匀的流动与第二(上)腔室中的降低的速度相结合导致细胞的质量(细胞质量)与流体速度之间的平衡，从而产生称为“漂浮块”的稳定质量的细胞。在一些实施方案中，细胞的漂浮块位于第二(上)腔室的下部。

在一些实施方案中，使用本文所述的生物反应器导致恒定的流体流动。在一些实施方案中，使用生物反应器在培养过程中导致生长培养基和细胞进料的恒定流动。在一些实施方案中，可以在培养期间更换流体，例如生长培养基，其中非常小的体积和/或非常大的体积提供适应性和最佳细胞饲养。在一些实施方案中，本文所述的生物反应器的使用包括以非常温和和有效的方式将细胞洗涤和收获到选定的培养基，而无需打开生物反应器室。在一些实施方案中，本文所述的生物反应器的使用提供了最佳和适应性培养，其中细胞或微生物的操作在封闭系统中进行，其中操作可以是自动化的，并且其中细胞经历最小的剪切力。在一些实施方案中，使用本文描述的生物反应器支持细胞或微生物的高密度生长。在一些实施方案中，通过本文公开的生物反应器实现的密度可以大于使用标准培养条件观察到的密度的10倍。

本领域技术人员将理解，术语“穿孔隔板”可以与具有所有相同品质和含义的术语“过滤器”或“膜”或“多孔板”互换使用。

在一些实施例中，穿孔隔板在其中包括多个穿孔，其构造成允许液体(例如生长培养基)双向流动穿过穿孔隔板的穿孔，使得液体可以从第一腔室流到第二腔室并且也从第二腔室到第一腔室。

本领域技术人员将理解，在本文中使用的术语“第一腔室”在一些实施方案中可以与具有其所有相同含义和品质的术语“下室”互换使用。本领域技术人员将理解，在本文中使用的术语“第二腔室”在一些实施方案中可以与具有其所有相同含义和品质的术语“上室”互换使用。在一些实施方案中，细胞在生物反应器容器的第二腔室中培养。

在一些实施例中，穿孔隔板被配置成允许包括添加因子的液体的双向流动穿过穿孔隔板的穿孔，使得液体和添加因子可以从第一腔室流到第二腔室并且从第二腔室流到第一腔室。在一些实施例中，穿孔直径被配置为允许液体仅从第一腔室流到第二腔室并且从第二腔室流到第一腔室。在一些实施例中，穿孔直径被配置为允许包括一个或多个因子的液体仅从第一腔室流到第二腔室并且从第二腔室流到第一腔室。在一些实施方案中，一种或多种因子不包括细胞或微生物。在一些实施方案中，穿孔隔板包括多个穿孔，其不允许在生物反应器的容器中生长的细胞或微生物穿过穿孔隔板。

本领域技术人员将理解，流动可以包括液体流体的流动，所述液体流体包括生长培养基、洗涤溶液、营养液、选择溶液、酶混合物溶液、收集溶液、最终制剂溶液、储存溶液、或任何组合。在一些实施方案中，液体包含生长培养基、洗涤溶液、营养液、收集溶液、收获溶液、储存溶液或其任何组合。在一些实施方案中，液体包含其他因子，其中可以添加的因子的非限制性实例包括营养素、气体、活化因子、诱导因子、抗生素、抗真菌剂和盐。在一些实施方案中，可以将任何有益于本文所述的生物反应器系统中的细胞或微生物的生长和收集的因子添加到液体中。在一些实施方案中，因子溶解在液体中，其中液体代表溶剂并且因子是溶质以形成溶液。在一些实施方案中，因子在液体中保持为颗粒。

本领域技术人员将理解，术语“多个”可以包括穿孔隔板中的穿孔(孔)的数量。在一些实施例中，基于从第一腔室流到第二腔室或从第二腔室流到第一腔室的介质或其他液体的所需交换速率来确定多个穿孔。在一些实施例中，基于从第一腔室流到第二腔室或从第二腔室流到第一腔室的介质或其他液体的流速来确定多个穿孔。在一些实施例中，基于从第一腔室流到第二腔室或从第二腔室流到第一腔室的介质或其他液体的流动模式来确定多个穿孔。

在一些实施例中，穿孔隔板内的穿孔布置被配置为影响从第一腔室流到第二腔室，或从第二腔室流到第一腔室的介质或其他液体的流动模式。在一些实施例中，隔板穿孔隔板包括均匀间隔的多个穿孔。在一些实施例中，隔板穿孔隔板包括多个穿孔的不均匀间隔。

在一些实施方案中，选择穿孔隔板中穿孔的平均穿孔直径或有效平均直径，使得其不允许在生物反应器中生长的细胞或微生物穿过穿孔隔板。例如，在一些实施方案中，确定穿孔直径的大小包括测量细胞或微生物大小并确定细胞或微生物形状，选择将阻止细胞或微生物通过具有所选孔径的穿孔隔板的穿孔直径(穿孔孔径)隔板。

根据一些相关实施例，穿孔隔板中的穿孔的平均穿孔直径或有效平均直径选择为小于：120微米、或100微米、或75微米、或50微米、或25微米、或15微米。根据一些相关实施例，穿孔隔板中穿孔的平均穿孔直径或有效平均直径选择为大于：0.1微米、或0.2微米、或0.3微米、或0.45微米、或0.75微米或1.0微米。根据一些相关实施例，穿孔隔板中的穿孔的平均穿孔直径或有效平均直径选自0.1微米和120微米之间。根据一些相关实施例，穿孔隔板中的穿孔的平均穿孔直径或有效平均直径不允许细胞或微生物从一个室传递到第二腔室。例如，选择穿孔隔板中的穿孔的平均穿孔直径或有效平均直径使得在上室中生长的细胞或微生物不会进入下室。

在一些实施方案中，细胞或微生物具有球形形状，因此细胞或微生物的直径用于确定穿孔尺寸。在一些实施方案中，细胞或微生物可以不具有球形形状。在一些实施方案中，细胞或微生物可包含非对称形状，例如但不限制杆形。其中细胞或微生物具有非对称形状，用于确定孔径的测量将基于细胞呈现的最小直径。在一些实施例中，细胞可具有改变形状的能力。其中细胞或微生物具有改变形状的能力，用于确定孔径的测量将基于细胞或微生物呈现的允许细胞或微生物通过孔的最小直径。在一些实施方案中，细胞或微生物可以是可变形的。其中细胞或微生物是可变形的，细胞大小确定考虑了变形细胞或微生物的直径。

在一些实施例中，多个穿孔包括全部相同尺寸的穿孔。在一些实施例中，多个穿孔包括不完全相同尺寸的穿孔。在一些实施例中，不同尺寸的穿孔包括随机分布。在一些实施例中，基于从第一腔室到第二腔室以及从第二腔室到第一腔室的液体流动的流体流动模式来确定不同尺寸的穿孔的分布。

在一些实施例中，穿孔的形状是对称的。在一些实施例中，穿孔的形状是非对称的。在一些实施例中，穿孔的形状包括圆形、不规则形状、椭圆形或多边形。在一些实施例中，多个穿孔包括全部具有相同形状的穿孔。在一些实施例中，多个穿孔包括不同形状的穿孔。

在一些实施例中，穿孔隔板中的穿孔的平均穿孔直径或有效平均直径通过选择被配置为允许液体从第一腔室流到第二腔室以及从第二腔室流到第一腔室内并且不允许生物反应器中生长的细胞或微生物通过穿孔隔板的直径来确定隔板。在一些实施例中，穿孔隔板中的穿孔的平均穿孔直径或有效平均直径通过选择允许包含添加因子的液体从第一腔室到第二腔室以及还从第二腔室到第一腔室流动并且不允许在生物反应器中生长的细胞或微生物通过穿孔隔板的直径来确定隔板。在一些实施方案中，穿孔隔板中穿孔的平均穿孔直径或有效平均直径通过选择允许包含添加因子和由细胞或微生物产生的产物的液体从第一腔室到达第二腔室并且还从第二腔室到第一腔室流动并且不允许在生物反应器中生长的细胞或微生物穿过穿孔隔板的直径来确定。

在一些实施方案中，穿孔直径(孔径)或有效平均直径包含约0.1至40微米。在一些实施方案中，穿孔直径(孔径)或有效平均直径包含约0.2至10微米。在一些实施方案中，穿孔直径(孔径)或有效平均直径包含约10至40微米。在一些实施方案中，穿孔直径(孔径)或有效平均直径大于40微米。在一些实施方案中，穿孔直径(孔径)或有效平均直径包含约40至60微米。在一些实施方案中，穿孔直径(孔径)或有效平均直径包含约60至100微米。

在一些实施方案中，穿孔直径(孔径)或有效平均直径配置成防止细胞或微生物流过孔。在一些实施方案中，穿孔直径或有效平均直径配置成防止与珠子结合的细胞或微生物流过孔。在一些实施方案中，其中具有多个穿孔的穿孔隔板的穿孔的孔径构造成仅允许液体从第一腔室流到第二腔室并且从第二腔室流到第一腔室。在一些实施方案中，液体可包含溶质和/或添加的因子。在一些实施例中，其中具有多个穿孔的穿孔隔板的穿孔的孔径被配置为仅允许液体从第一腔室流到第二腔室并且从第二腔室流到第一腔室，其中孔径配置成不允许细胞或微生物从第一腔室通向第二腔室并且从第二腔室通向第一腔室。

在一些实施方案中，穿孔隔板被配置和用于例如将生长的细胞限制在反应器内的第二腔室和收获细胞。根据一些实施方案，本申请还公开了生物反应器系统，其包括生物反应器和用于在生物反应器和生物反应器系统中从分离到最终制剂的培养细胞或微生物的方法。

在一些实施方案中，生物反应器包括在穿孔隔板12下方(其存在于上腔室的底部)的附加的下穿孔隔板12D；例如参见图1(12)，其中穿孔隔板12包括上腔室的底部。在一些实施例中，附加的下穿孔隔板12D位于容器的底部表面(在下部腔室处)和穿孔隔板12(其形成上部腔室的底部表面)之间；例如，在图1的10B和12之间。在一些实施例中，从下腔室到上腔室的向上液流穿过两个穿孔隔板12和12D。附加的下部穿孔隔板12D构造成在其到达包括上部腔室的底部的穿孔隔板12之前帮助校准液体的流动(弯曲，提供线性和均匀的流动)。该布置被配置为改善液体流动的线性(和均匀性)。根据一些实施例，校准流包括沿着穿孔隔板的不同径向位置提供近似均匀的纵向流速[v(r₁)≈v(r₂)]，或者换句话说，流速在穿孔隔板几何中心的每个距离处基本相等。隔板根据一些实施方案，下部穿孔隔板密封地附接到下部室的壁，并且其中孔的尺寸被配置为防止细胞或微生物通过。根据一些实施例，穿孔隔板12和下穿孔隔板12D都配置成校准液体流速。根据一些相关实施例，下穿孔隔板12D中的穿孔的平均穿孔直径或有效平均直径选择在0.1微米和1毫米之间。

根据一些实施例，下穿孔隔板12D配置成控制流体速度。在图16中详细描述了这种速度控制隔板1600的非限制性示例。如图16所示，速度控制穿孔隔板1600的孔1601可包括圆锥形状；孔的锥形形状可以在不同的孔之间相似或不同，一些孔可以是相似的，一些可以是不同的。根据一些实施例，锥形孔的较宽基部位于隔板的底侧；这样的配置可以使朝向隔板的上侧的流动增加流速。根据一些实施例，更靠近隔板中心的孔1602可以在隔板的上侧具有比周边孔1601更宽的锥形或更宽的开口；这样的配置可以沿着穿孔隔板1600的不同径向位置[v(r₁)≈v(r₂)]提供近似均匀的纵向流速。根据这样的实施例，可以不需要流体叶轮。

在一些实施例中，附加的下部穿孔隔板12D的存在被配置成捕获气泡、空气簇和碎屑，否则气泡、空气簇和碎屑将堵塞并阻挡通过上部穿孔隔板12的穿孔的流动并且干扰流动的线性和均匀性。

在一些实施例中，生物反应器包括在穿孔隔板(第一穿孔隔板)1512(存在于上室的底部)上方的附加屏蔽穿孔隔板1502，隔板密封地设置在上室的壁上。图15A示出了第一穿孔隔板1512和附加屏蔽穿孔隔板1502，其位于细胞团3的水平之上。根据一些实施方案，附加筛选穿孔隔板1502配置成防止细胞或微生物通过例如以防止细胞离开生物反应器。在一些实施方案中，生物反应器容器处于倒置位置(也参见下述实施例3)，液体的流动是从上部(第二1540)腔室到下部(第一1550)腔室的向下液流1520(大致在重力方向上)。在一些实施方案中，该构造配置成在洗涤细胞或更换介质或液体溶液期间使用，从而允许更宽的表面区域隔板，这能够减少细胞团堵塞隔板。

根据相关实施方案，生物反应器包括三个穿孔隔板：

-主穿孔隔板1512(图15A)，其配置成在生物反应器容器的上腔室和下腔室(1540,1550)之间分隔，并防止细胞和微生物在其间通过；

-上部穿孔隔板1502(图15A)，位于上室1540中在细胞团3上方，用于防止细胞和微生物通过；因此，细胞团保持在主穿孔隔板和上部穿孔隔板(1512和1502)之间；

-下部穿孔隔板12D(图1)，位于第一腔室14A中在主穿孔隔板12下方，配置成在到达主穿孔隔板12之前校准和/或控制流体流动。

根据一些相关实施例，主穿孔隔板和上部穿孔隔板(1512，1502，图15A)包括相似的孔尺寸，以防止细胞或微生物通过。

根据一些实施例，下部穿孔隔板(12D，图1)的孔的尺寸可以相同或不同于主穿孔隔板和上部穿孔隔板(1512，1502，图15A)。

本领域技术人员将理解，孔的范围、形状和分布在不同的穿孔隔板之间可以相似或不同。在一些实施方案中，附加的穿孔隔板的穿孔(孔)的直径或有效直径包括与分隔第一和第二腔室的穿孔隔板不同尺寸的孔隔板。在一些实施方案中，附加的穿孔隔板的穿孔(孔)的直径或有效直径包括与分隔第一和第二腔室的穿孔隔板相似尺寸的孔。在一些实施例中，附加的穿孔隔板的穿孔(孔)的形状包括与分隔第一和第二腔室的穿孔隔板不同的形状。在一些实施例中，附加穿孔隔板的穿孔(孔)的形状包括与分隔第一和第二腔室的穿孔隔板相似的形状。在一些实施方案中，附加的穿孔隔板的穿孔(孔)的分布包括与分隔第一和第二腔室的穿孔隔板不同的孔分布。隔板在一些实施方案中，附加的穿孔隔板的穿孔(孔)的分布包括与分隔第一和第二腔室的穿孔隔板相似的孔分布。

在一些实施方案中，生物反应器包括具有第二腔室在细胞上方的附加隔板和在第一腔室内的在分隔第一和第二腔室隔板下方的附加隔板。

本领域技术人员将理解，附加穿孔隔板的表面积可以大于或小于分隔第一腔室与第二腔室的隔板的表面积。在一些实施例中，附加穿孔隔板具有比分隔第一腔室与第二腔室的隔板的表面区域更大的表面积。在一些实施例中，附加的穿孔隔板具有比分隔第一腔室与第二腔室的隔板的表面区域更小的表面积。

所公开的生物反应器和生物反应器系统允许在一个封闭的单个或多个使用系统中培养、加工和配制细胞或其他微生物，从而最小化污染的风险并允许有效的处理。根据一些实施方案，本文公开的生物反应器配置成允许细胞或其他微生物生长至所需浓度。在一个实施方案中，本文公开的生物反应器提供无菌环境。在一个实施方案中，本文公开的生物反应器系统提供无菌环境。此外，随着细胞或微生物的培养和繁殖，它们需要更多的培养基和营养物以及更大的培养体积。下文描述的生物反应器的一些实施方案包括自适应控制的体积变化(可变的生物反应器体积)和培养基更新，而不需要将细胞或微生物转移到更大的容器中。

在一些实施方案中，本申请的生物反应器配置用于培养悬浮在生长培养基中的非粘附细胞。在一些实施方案中，本文公开的生物反应器配置成通过在生物反应器的第二腔室中包括或添加合适的细胞支持基质(cell supporting matrix)而用于生长粘附细胞。细胞支持基质可以是本领域已知的任何类型的细胞可粘附的细胞支持基质。如果在生物反应器中使用这种细胞支持基质，则可能需要通过使用本领域已知的分离方法将细胞从细胞支持基质上分离。如本文所用，在一些实施方案中，术语“细胞支持基质”和“细胞载体基质”及其缀合物可互换使用，具有所有相同的含义和品质。

本申请的生物反应器配置为具有固定体积或可变体积。本领域技术人员将理解，在一些实施方案中，术语“生物反应器”和“容器”可以互换使用，具有所有相同的含义和品质。在生物反应器包括固定体积的实施方案中，可以控制液体(例如生长培养基)的流速，但生物反应器中的液体的水平和体积(例如生长培养基)基本上是固定的。在生物反应器包括可变体积的实施方案中，可以控制液体(例如生长培养基)的流速，并且生物反应器中生长培养基的水平和体积可以是可变的。在一些实施方案中，可以通过使用多个流体出口端口来实现可变的液体水平(例如生长培养基水平)，所述多个流体出口端口沿着生物反应器的壁的长度以各种不同的高度通向生物反应器的第二腔室。其非限制性实施例在图2中示出。

在一些实施方案中，培养基的工作体积低，其中细胞生长至高密度培养物。在一些实施方案中，其中工作体积低，流速也低或根本没有流动。在一些实施方案中，流速低。在一些实施例中，从第一腔室到第二腔室或从第二腔室到第一腔室没有流动。在一些实施例中，没有从第一腔室到第二腔室以及从第二腔室到第一腔室的流动。在一些实施方案中，其中工作体积低，培养基被优化用于细胞的高密度生长。在一些实施方案中，其中工作体积低，细胞生长被优化以获得比其他生物反应器中可实现的更高的产率和更低的培养基需求。

在一些实施方案中，当培养物包含少量细胞时，例如小于可在本文所述的生物反应器中培养的最大细胞数时，细胞在少量生长培养基中培养，随着细胞增殖且细胞数量增加，包含细胞的腔室内的体积也可以增加。在某一点上，可以实施流动循环，其中液体流(例如生长培养基)随着细胞数量的增加而增加。在一些实施方案中，可以基于细胞生长需要将营养物(例如生长培养基)添加至液体。在一些实施方案中，通过调节生物反应器内的液体(例如生长培养基)的体积，使得在本文所述的生物反应器中培养的细胞维持在某一细胞密度范围内。在一些实施方案中，使用如本文所述的流动循环导致培养相等数量细胞的较低生长培养基需求。在一些实施方案中，在本文所述的生物反应器中使用流动循环，其中基于细胞的需要调节生长培养基的供应。换句话说，仅在需要时饲养细胞。在一些实施方案中，流动循环控制细胞的增殖速率。

根据一些实施例，多个出口端口中的每一个被配置为在其中具有阀并且被配置为流体连接和断开到供给泵的共用歧管。通过适当地打开所选流体出口的阀门并关闭剩余流体出口的所有阀门，可以改变这些实施例的生物反应器中的液体(例如生长培养基)的液位。根据一些实施方案，控制生物反应器中的液体(例如生长培养基)的体积有利地允许在细胞继续增殖的同时扩增培养物而无需打开生物反应器并且不需要使用在其他生物反应器系统中使用的方法，例如细胞传代和培养皿/容器更换。

在一些实施方案中，生物反应器配置成包括设置在生物反应器容器的第一(下部)室中的流体叶轮或流体分散器。在一些实施方案中，生物反应器配置为包括用于给生长培养基补氧的补氧系统(oxygenating system)。

在某些实施方案中，气泡可以由补氧系统产生。在一些实施例中，下腔室中的气泡可能对生物反应器具有负面影响，因为气泡可能粘附到穿孔隔板并干扰液体从一个腔室流到下一个腔室。另外，穿过隔板穿孔的纳米气泡倾向于抬起细胞，这可能干扰漂浮细胞饼的高密度生长。

根据一些实施例，下部穿孔12D(图1)被配置成防止在下部腔室中产生或形成的气泡通过而到达并阻挡穿孔隔板12；产生的气泡例如是由补氧系统产生。根据一些实施方案，具有几纳米直径的气泡确实通过下穿孔隔板12D和穿孔隔板12，并有助于将细胞或微生物提升到液流。

根据一些实施方案，本文公开的生物反应器配置成具有各种不同的形状，并且至少具有生物反应器的壁的部分，其限定第二腔室被配置为直的(垂直的)或被配置成相对于垂直方向以一定的角度倾斜(或相对于生物反应器的纵轴倾斜)。在一些实施例中，围绕第二腔室的一些壁被配置为垂直的，并且一些壁被配置为倾斜的。生物反应器容器的形状的非限制性实例示于图4A(304A和304B)、图4B(314A和314B)、图4C(324A和324B)、图4D(334A和334B)、图4E(344A和344B)、图4F(354A和354B)、图4G(364A和364B)、图4H(374A和374B)、图4I(384A和308B)。

在这样的实施例中，第二腔室的向上增加的横向横截面积被配置为允许沿着垂直方向(沿着生物反应器的纵向轴线)建立流体速度梯度，使得生长培养基流速随着横截面积增加而减小。根据一些实施方案，该流速梯度与作用于悬浮在生长培养基中的细胞上的重力相结合，有助于将细胞悬浮在第二腔室中容纳的生长培养基体积内的某些所需区域。在一些实施方案中，培养基的流速的调节将细胞维持在生物反应器内的期望位置。在一些实施方案中，培养基的流速的调节将细胞维持在生物反应器内的期望位置。在一些实施方案中，与培养基的生物反应器或其腔室的半径有关的流速的调节将细胞保持在生物反应器内的期望位置。

在一些实施例中，期望位置低于出口。例如，参见图1，如果悬浮在液体内的细胞以每分钟1mm的流速(箭头37B的中间部分)在上腔室内上升，则在下部可以存在例如每分钟3mm的流速(隔板37A水平处的箭头)，中部流速为每分钟1毫米(37B)，几厘米以上的介质通过端口/阀门离开腔室，流速可以为0.2mm每分钟(将高于箭头37C的上部并且高于出口26的高度)。在一些实施方案中，细胞的位置由流速确定。在一些实施例中，细胞的位置低于出口。当洗涤细胞时，当移除细胞亚群时，当交换液体时，当添加因子时，或其任何组合时，可能需要低于出口的细胞的位置。

技术人员将理解细胞群可包含不同大小、电荷和质量的细胞。在一些实施方案中，基于包括大小、电荷和质量的细胞特征，可以在本文公开的生物反应器内的不同位置分离细胞。在一些实施方案中，基于包括大小、电荷和质量的细胞特征，将细胞维持在本文公开的生物反应器内的不同位置。

本领域技术人员将理解，细胞大小基于细胞类型而变化。例如，红细胞直径约6-8mm，T淋巴细胞直径约9-12mm，间充质干细胞(MSC)直径约15-21mm，巨噬细胞直径约50mm。细胞之间的体积也可以显著不同。在一些实施方案中，本文公开的生物反应器系统配置成通过调节流速用于分离血细胞。

在一些实施方案中，流速包括约0.01mm/分钟至50mm/分钟的范围。在一些实施方案中，流速包括约0.01mm/分钟至0.1mm/分钟的范围。在一些实施方案中，流速包括约0.1mm/分钟至1.0mm/分钟的范围。在一些实施方案中，流速包括约1.0mm/分钟至2.0mm/分钟的范围。在一些实施方案中，流速包括约2.0mm/分钟至3.0mm/分钟的范围。在一些实施方案中，流速包括约3.0mm/分钟至4.0mm/分钟的范围。在一些实施方案中，流速包括约4.0mm/分钟至5.0mm/分钟的范围。在一些实施方案中，流速包括约5.0mm/分钟至10.0mm/分钟的范围。在一些实施方案中，流速包括约10mm/分钟至15mm/分钟的范围。在一些实施方案中，流速包括约15mm/分钟至20mm/分钟的范围。在一些实施方案中，流速包括约20mm/分钟至25mm/分钟的范围。在一些实施方案中，流速包括约25mm/分钟至30mm/分钟的范围。在一些实施方案中，流速包括约30mm/分钟至35mm/分钟的范围。在一些实施方案中，流速包括约35mm/分钟至40mm/分钟的范围。在一些实施方案中，流速包括约40mm/分钟至45mm/分钟的范围。在一些实施方案中，流速包括约45mm/分钟至50mm/分钟的范围。

在一些实施方案中，生物反应器内的流速在生物反应器内的不同位置是不同的(参见例如图1及其下面的附带说明，以及代表性流速箭头37A、37B和37C，或图13和代表性流速箭头37A和37C)。

在一些实施方案中，可以人工改变细胞群的大小，电荷和/或质量。例如，在一些实施方案中，可以用珠子培养细胞，其中细胞与珠子结合，导致细胞-珠子复合物具有更高的质量和不同的形状，然后细胞不附着于珠子。在一些实施方案中，100％的细胞与珠子结合。在一些实施方案中，细胞亚群与珠子结合。在一些实施方案中，至少90％的细胞、80％的细胞、70％的细胞、60％的细胞、50％的细胞、40％的细胞、30％的细胞、20％的细胞、或10％的细胞与珠子结合。在一些实施方案中，少于10％的细胞与珠子结合。

在一些实施方案中，结合珠子的细胞被排除在最终细胞群的集合之外。在一些实施方案中，与珠子结合的细胞是希望作为最终细胞群体收集的细胞。例如，在一个实施方案中，在添加珠子后，其中细胞亚群以特定方式结合珠子，增加流速将导致未结合珠子的细胞与结合的细胞相比以增加的速率上升。因此，这些未结合的细胞可以从出口离开容器室，其中结合的细胞保持在低于出口的位置。在一些实施方案中，在离开生物反应器室时收集未结合的细胞。在一些实施方案中，在离开生物反应器室时处理未结合的细胞，并收获结合的细胞。

在一些实施方案中，珠子的表面可包含抗体、受体配体、碳水化合物结合分子、凝集素或结合对的组分，例如生物素。在一些实施方案中，珠粒表面包含正表面电荷。在一些实施方案中，珠子和细胞或其亚群之间的结合是可逆的。在一些实施方案中，珠子和细胞或其亚群之间的结合是不可逆的。

在一些实施方案中，生物反应器配置成包括一个或多个收获口，其配置成在穿孔隔板附近通向第二腔室，或者，可选地，配置成在穿孔隔板的上表面开口。构造成通向第二腔室或穿孔隔板的上表面的收获口的非限制性实例示于图1(21)、图2(127)、图6A和图6B(521)、图6C和6D(531)、图7(627)、图8(727)、图9(827)、图10A和10B(927)、图11A和11B(927)、以及图12A和12B(1127)。

根据一些实施方案，整个反应器或穿孔隔板被配置成可与垂直方向成一定角度倾斜，以帮助收获细胞。在一些实施方案中，在本文公开的生物反应器中生长的细胞、微生物或其产物的收获包括无菌收获细胞、微生物或其产物。穿孔隔板的非限制性实例示于图1(12)、图7(612)、图8(712)、图9(812)、图10A和10B(912)、图11A和11B(1012)、以及图12A和12B(1112)。

根据生物反应器的一些实施方案，穿孔隔板被配置为固定(不可移动)隔板。在一些实施例中，固定的穿孔隔板密封地附接到容器壁。根据一些其他实施例，穿孔隔板被配置为可移动和/或可倾斜的穿孔隔板。根据生物反应器的一些实施方案，固定的穿孔隔板被配置为平坦的穿孔隔板、与生物反应器的纵向轴线成一定角度倾斜的扁平穿孔隔板、具有朝向生物反应器顶部的凹形上表面的凹形穿孔隔板、锥形穿孔隔板、或圆锥形穿孔隔板，或其任何组合。

根据生物反应器的一些实施方案，可移动穿孔隔板被配置为通过柔性和/或可拉伸构件密封地附接到生物反应器的容器壁的可移动穿孔隔板。该柔性和/或可拉伸构件密封地连接到穿孔隔板的周边并密封地连接到容器壁上。根据生物反应器的一些实施方案，可移动穿孔隔板被配置为可变形和/或柔性穿孔隔板，或凸形弯曲穿孔隔板，其凸面上表面面向生物反应器的顶部。

本领域技术人员将理解，术语“密封地”及其不同的语法形式是指隔板和容器壁之间的附着，其中除非通过穿孔，否则没有任何种类的材料流过隔板。

在一些实施方案中，包括本申请的生物反应器的生物反应器系统配置成还包括温度控制系统、用于循环生长培养基的泵、用于引入大量生长培养基和/或添加剂和/或维持营养素水平和/或细胞生长所需的任何其他材料所需的物质的可连接到生物反应器的一个或多个流体贮存器。

培养和/或维持、洗涤、和/或增殖和/或分化和/或活化和/或分离细胞用于收获的任何步骤所需的其他物质也可以通过这样的流体贮存器添加，包括各种酶、生长因子、活化因子、分化因子、洗涤缓冲液、pH调节剂、溶解氧调节剂、营养素或任何其他必要的物质或化合物。在一些实施方案中，还可以添加活细胞用于与生物反应器内的细胞共培养或激活细胞。在一些实施方案中，还可以将诱导和/或维持细胞产物或微生物产物诱导所需的其他物质添加到生物反应器内的培养基中。

在一些实施方案中，本文公开的生物反应器系统配置成还包括用于控制生物反应器的操作的控制器、用于打开和/或关闭生物反应器的各种不同的阀、用于通过控制泵和/或各种不同的阀门来通过生物反应器控制生长培养基或其他流体的流动。如本文所用，本领域技术人员将理解，术语“流速”可与具有所有相同含义和品质的“流速”互换使用。如本文所用，本领域技术人员将理解，术语“穿孔”可与具有所有相同含义和品质的“孔”互换使用。

在一些实施方案中，流速直接或间接地影响在本文公开的生物反应器中培养的细胞的密度。在一些实施方案中，低流速用于培养非常高密度的细胞培养物。

在一些实施方案中，本文公开的生物反应器系统和生物反应器配置成还包括适当连接到控制器的一个或多个传感器，用于监测和/或调节生长培养基内的各种物理和/或化学参数(例如，温度、生长培养基中的pH、葡萄糖浓度、溶解氧浓度、溶解的二氧化碳或HCO₃ ^-离子的浓度、乳酸的浓度和离子强度，都可以在生物反应器和/或生物反应器顶部空间和/或可连接到生物反应器和/或各种入口或出口的流体贮存器中被监测和控制。在一些实施方案中，传感器配置成检测在生物反应器中生长的细胞或微生物合成的产物。在一些实施方案中，对上述一些特征的控制可能需要混合生长培养基，可以在流体贮存器处提供混合。

除非另外定义，否则本文使用的所有技术和/或科学术语具有与生物反应器及其系统所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。图1-16及其随附的描述提供了生物反应器及其系统的许多实施方案。本领域技术人员将认识到，与本文描述的那些类似或等同的其他方法和材料可用于实践或测试本文公开的实施方案。另外，材料、方法和实施例仅是说明性的，并非旨在限制。

本文公开的生物反应器及其系统的实施方案和/或系统的实施可涉及手动、自动或其组合执行或完成所选任务。此外，根据本文公开的方法和/或系统的实施例的实际仪器和设备，可以通过硬件、软件或固件或使用操作系统的组合来实现若干所选任务。

例如，根据一些实施例的用于执行所选任务的硬件可以实现为芯片或电路。作为软件，根据一些实施例的所选任务可以被实现为由计算机使用任何合适的操作系统执行的多个软件指令。

在一个实施例中，根据本文描述的方法和/或系统的一个或多个任务可以由数据处理器执行，例如用于执行多个指令的计算平台。可选地，数据处理器包括用于存储指令和/或数据的易失性存储器和/或用于存储指令和/或数据的非易失性存储器，例如磁性硬盘和/或可移动介质。可选地，还提供网络连接。还可选地提供显示器和/或用户输入设备，例如键盘或鼠标。

现在参考图1，图1是说明根据本申请的生物反应器的一些实施方案的包括具有穿孔隔板的生物反应器的生物反应器系统的示意性部分横截面图。根据一些实施方案，生物反应器系统50包括生物反应器10、泵4、控制器30和生长培养基贮存器20。

泵4可以是本领域已知的任何类型的流体泵，并且能够接收流体，例如在泵的入口处接收的生长培养基，并以可控的泵送速率将其泵送通过其出口，而不会损害生长培养基的无菌性。例如，泵4可以是可变流速的蠕动泵，例如可从Watson-Marlow流体技术组(UK)商购的530型工艺泵或本领域已知的任何其它合适类型的泵。

生物反应器10具有生物反应器壁10A，其具有底部10B和顶部10C。在图1所示的生物反应器的实施方案中，生物反应器10包括顶部10C，其具有螺纹开口10E，螺纹盖10D密封地拧入该螺纹开口10E中。盖10D还构造成(可选地)在其中具有一个或多个开口，例如开口10F，传入该开口的传感器单元22构造成密封地插入封闭在生物反应器10的壁10A内的容积中。根据一些实施例，螺纹开口10G构造成在不使用时由螺纹密封盖10H密封。生物反应器盖10D被配置成(可选地)包括若干附加的可密封开口(图1中未示出)，这些开口被配置成用于在其中插入另外的传感器(图1中未示出)或其他所需的装置，类似于例如加热单元(未示出)、补氧单元(未示出)、温度计(未示出)或操作生物反应器10和/或监测生物反应器10的内容物和/或允许的端口所需的任何其他装置对生物反应器10的内容物进行取样和引入。

根据一些实施方案，生物反应器10可以由本领域已知的任何合适的生物相容性材料制成，例如合适的生物相容性塑料或聚合物基材料。在一些实施方案中，反应器10由透明材料制成，以使操作者能够看到生物反应器10的内容物。在一些实施方案中，可用于构建生物反应器10的材料的非限制性实例包括但不限于聚苯乙烯、不锈钢、聚醚醚酮(PEEK)、聚砜和各种类型的聚四氟乙烯(PTFE)塑料，例如在一些实施方案中，基于其低摩擦系数、优异的耐磨性、γ辐射灭菌、宽范围的操作温度或化学惰性或其任何组合来选择用于构建本文所述的生物反应器的材料。

生物反应器10还包括密封地附接到生物反应器10的壁10A的穿孔隔板12。穿孔隔板12将封闭在生物反应器10内的体积分成第一(下)腔室14A和第二(上)腔室14B。穿孔隔板12由其中具有多个穿孔的材料制成。选择在穿孔隔板12中形成的穿孔的平均直径，使得悬浮在生长培养基2中的细胞3(或微生物)不能穿透到穿孔隔板12的穿孔中，而生长培养基2可以流入并穿过穿孔。穿孔隔板12用作细胞(或微生物)隔板，同时允许生长培养基2流动并从中通过。根据一些实施例，穿孔隔板12的构造还配置成校准介质流。根据一些实施方案，校准包括改善介质流向细胞团3和整个上室的线性和均匀性。

穿孔隔板12可以由任何合适的穿孔生物相容材料制成，例如，具有选定的穿孔平均穿孔(或孔)直径的合适的生物相容性塑料或聚合物基材料。穿孔隔板12的厚度和强度以及为穿孔隔板12选择的穿孔材料的类型可以取决于例如在生物反应器12中生长的细胞或微生物的平均尺寸、所需的生长培养基2通过生物反应器的流动速率、第一腔室14A内生长培养基的最大可允许压力水平、或生物反应器设计中实施的收获细胞或微生物的方法，或其任何组合。例如，如果隔板穿孔隔板需要是柔性的，如下文详细解释的(参见例如图7-8)，可以选择较薄的穿孔隔板来使用。在一些实施方案中，可以制造穿孔隔板的材料类型可以包括但不限于硝酸纤维素、乙酸纤维素、聚四氟乙烯(PTFE)、疏水性PTFE、亲水性PTFE、脂族或半芳族聚酰胺(例如)、聚碳酸酯、聚砜、聚乙烯、聚醚砜、聚偏二乙烯、不锈钢和再生纤维素。

在一些实施例中，穿孔隔板12的厚度可以在0.5-5.0毫米的范围内。在其他实施方案中，可以使用较薄的穿孔隔板，这取决于应用、制造穿孔隔板的材料的机械性能、穿孔隔板的总表面积和形状以及其他考虑因素。在其他实施方案中，可以使用较厚的穿孔隔板，这取决于应用、制造穿孔隔板的材料的机械性能、穿孔隔板的总表面积和形状以及其他考虑因素。

生物反应器10具有流体入口16，通过该流体入口16可将生长培养基2泵入第一腔室14A。流体入口16构造成在来自生物反应器系统50的泵4的压力下接收生长培养基2。进入流体入口16的生长培养基可以进入设置在第一腔室14A内的流体叶轮18。(可选的)流体叶轮18构造成中空的盘状穿孔构件，其中具有多个通道18P。

流体叶轮18构造成从入口端口16接收生长培养基2，并将生长培养基2分散通过多个生长培养基的喷射器19中的多个穿孔18P，以增强进入入口16的生长培养基2与安置在腔室14A内的生长培养基2的混合。应注意，图1中所示的流体叶轮18的具体结构是流体叶轮的一个实施例，而不是强制性的。可以使用具有各种不同形状、结构、尺寸和使用通道和/或喷嘴的许多其他不同类型的流体叶轮/分散器，如本领域所公知的，包括叶轮类型，例如夹送叶片或船用类型。

根据一些实施方案，在系统50的操作中，通过将悬浮的细胞导入开口10E或通过盖子10D的开口10G(然后可以用盖子10H密封)使细胞(或微生物)悬浮在生长培养基中并置于生物反应器10的第二(上)室14B内。或者，可以通过任何其他合适的端口，例如在穿孔隔板12的表面12A正上方通向第二腔室14B的收获口21，将细胞悬浮液导入第二(上部)腔室14B中隔板。通过流体叶轮18注入腔室14B的生长培养基2增加第一腔室14A中的生长培养基2的压力，并使生长培养基2流过穿孔构件12的穿孔进入第二腔室14B，有效地灌注悬浮在第二腔室14B内保持的生长培养基2中的细胞团3。生长培养基2在第二腔室14B内上升并到达流体出口26的水平，在那里它从生物反应器10排出并通过导管28运送到泵4，在那里它通过入口16再循环到生物反应器12中。

在一些实施方案中，生物反应器10具有大致截头圆锥形状。底部10B的直径小于顶部10C的直径，并且壁10A是倾斜的。由于生物反应器的截头圆锥形状，生物反应器的直径随着生长培养基在生物反应器内向上(朝向顶部10D)移动而增加。

当泵4以恒定的流速将生长培养基推入入口16时，与穿孔隔板12的表面12A相邻的生长培养基2的流速(流体速度)高于顶部10D附近的生长培养基的流速，有效地导致沿生物反应器10的纵向轴线35建立流体流速梯度。流速梯度由实线箭头37A，37B和37C的长度和厚度示意性地表示。箭头37A表示的流速大于箭头37B表示的流速，箭头37B表示的流速大于箭头37C表示的流速。

悬浮的细胞3通过生长培养基2的向上移动的液流向上运送，这抵消了由于作用在细胞3上的重力引起的细胞3(其比重高于生长培养基2的比重)向下移动并沉降至表面12A的趋势。因此，可以控制和调节生长培养基的流速，以使细胞在第二腔室14B中包含的生长培养基2的体积内充分悬浮，避免细胞3沉积在穿孔隔板12的表面12A上隔板，同时使大部分细胞3悬浮在生长培养基2中的室14B内的区域，该区域足够低于生长培养基2的上表面2A，以最小化或充分减少细胞进入流体出口26的数量(其大大减少了细胞3的损失)。根据一些实施方案，出口端口26包括隔板穿孔隔板或过滤器(未示出)，其配置成防止细胞或微生物离开生物反应器。在一些实施方案中，生长培养基2通过第二腔室14B的流速足够低以避免可能对细胞3有害的显著剪切力。

当生长培养基2通过生物反应器10的适当流速建立时，泵4通过将离开流体出口26的任何生长培养基2通过流体入口16以闭环方式泵送回生物反应器中，使生长培养基2循环通过生物反应器10的体积。在细胞生长期间，当需要向生长培养基2中添加新的营养物(以通过吸收到细胞中来补偿其消耗)或者将活化物质或任何其他添加剂或物质添加到生长培养基2中时，其可以通过介质管(38)使一些新鲜生长培养基2从系统50的培养基贮存器20流出来完成。

介质贮存器20构造成通过合适的中空导管38连接到泵4的入口4A。合适的可控阀(或旋塞阀)39构造成连接在导管38和泵入口4A之间，使得可以控制从流体贮存器20进入泵入口4A的生长培养基流。阀39被配置成可控制地关闭以停止将流体从流体贮存器20供给到泵入口端口4A中或者被配置为打开以使得能够将流体从流体贮存器20供给到泵入口端口4A中以允许培养基更新和高密度细胞培养。

在一些实施方案中，流速的调节与正在生长和繁殖的细胞的密度相关。在一些实施方案中，非常低的流速提供了本文公开的生物反应器中细胞的高密度培养。在一些实施方案中，细胞生长的培养基的工作体积低，允许维持细胞高密度培养的流速也是如此。在某些实施方案中，这种低工作体积和低流速可导致更高的产率和更低的培养基需求。在一些实施方案中，本文公开的生物反应器及其使用方法与本领域已知的其他生物反应器相比是有利的，因为它们能够实现和维持细胞或生物体的高密度培养物，这导致更高的产量和更低的培养基需求。在一些实施方案中，本文公开的生物反应器包括使生物反应器尺寸最小化的较小物理占地面积，从而减少培养基使用。

根据一些实施方案，生物反应器10还配置成(任选地)包括在生物反应器的底部10B处开口的另外的出口27。出口27包括阀(或旋塞阀)25，其构造成允许在必要时从生物反应器10的第一腔室14A排出一定量的生长培养基2。例如，如果从流体贮存器20向生物反应器10添加一定量的新生长培养基2，则可以将相似量的生长培养基从生物反应器10中排出，以恢复第二腔室14B内的生长培养基2的水平。

根据一些实施方案，当希望减少第二腔室14B内的生长培养基2的总体积时，生长培养基2也可以通过出口25从生物反应器10排出，以便将细胞3浓缩用来收获细胞。当进行这样的细胞浓缩时，留在第二腔室14B的下部的较小体积的生长培养基2具有较高的细胞数(以细胞/ml的生长培养基计)，因为细胞3不能通过隔板穿孔隔板12，因此浓缩。然后可以通过收获口21收获残留在腔室14B中的细胞3的浓缩悬浮液，收获口21构造成包括阀门(或旋塞阀)23，如图1所示。

在一些实施方案中，为了防止堵塞穿孔隔板12，大多数生长培养基可以通过出口端口126A-126D中的至少一个排出(详述于下文)，并且可以通过出口25仅排出最小体积的生长培养基。

应注意，如上所述，虽然可通过将任何所需的物质和/或添加剂引入保持在流体贮存器20内的生长培养基2中并允许包含此类物质的一定体积的生长培养基2将这些添加剂和/或物质引入生物反应器10中，但流入腔室14A的这些物质和/或添加剂也可以通过引入相对少量的包含适当高浓度的该物质和/或添加剂的流体或生长培养基通过生物反应器10的任何合适的开口或入口进入生物反应器10而直接将这些物质和/或添加剂引入生物反应器中，并允许添加的小体积与在反应器内循环的体积的生长培养基2混合以达到所需浓度。例如，通过暂时移除盖10H并重新密封开口10G的方式，可以通过开口10G引入这种小体积的包括添加剂和/或物质的流体或生长培养基。

在一些其他实施例中，盖10H构造成包括由橡胶、乳胶或本领域已知的任何其它合适的密封材料制成的可穿透的密封隔膜(图1中未详细示出)，并且通常用于瓶中，该瓶含有可注射的液体制剂和含有物质和/或添加剂的少量液体，其可装入具有消毒针头的无菌注射器中并且此处针头被配置成被推入盖的密封隔膜中直到穿透密封隔膜，注射器的内容物然后可以被注入至第二腔室14B内的生长培养基2中，并且可以如本领域中已知的那样从密封隔膜中取出注射器的针头。该方法可有利地降低任何不期望的微生物污染生长培养基的风险。另外，盖10H被配置成具有接触生长培养基2的深管，其具有单向密封，允许以无菌方式进行培养基取样。

在一些其他实施例中，盖10H被配置为包括过滤器(图1中未示出)。盖的过滤器配置为允许空气流进入顶部空间(生物反应器顶部10C和介质表面之间的空间)或用于从顶部空间减压。

根据一些实施例，生物反应器系统50被配置为使用控制器30和传感器单元22来监视系统的操作。传感器单元22被配置为包括传感器或多个传感器(为了清楚起见，在图1中未详细示出各个传感器)，其可以设置在若干位置，例如：通过端部22A传感器单元22浸没在生长培养基2中，或者通过至少一个出口(126A-126D)，或通过收获口(21)，或通过入口(116)，或通过出口(27)或通过侧壁(10A)或其任何组合。传感器单元22的传感器可用于确定生长培养基2内的几种化学物质的浓度，例如H⁺离子的浓度(以确定生长培养基2的pH2)、生长培养基2中的溶解氧浓度、生长培养基2中的溶解二氧化碳浓度或生长培养基2中的HCO₃ ^-离子浓度、葡萄糖浓度、乳酸浓度和离子浓度强度。这种传感器或多个传感器可以是使用光学传感的一次性传感器，而不需要穿透壁或可以位于接触液体的10A上。根据一些实施例，传感器单元22的传感器被配置为也是用于感测生长培养基2的物理参数的传感器，例如但不限于生长培养基2的温度和/或浊度和/或光密度，和/或生长培养基2的任何其他所需物理参数，例如电导率、电容、压力、流速、粘度、浊度等。

根据一些实施例，来自传感器单元22的表示由传感器感测的任何化学和/或物理参数的信号可以通过合适的电导体(或导体对)22B反馈到控制器30中。控制器30被配置为处理这样的传感器信号以确定所感测的参数的值，如本领域所公知的。

根据一些实施例，控制器30被配置成一个或多个处理设备或配置为包括一个或多个处理设备，例如微处理器或微控制器或数字信号处理器、用于处理接收信号的个人计算机或任何其他合适的装置以及用于离线或在线呈现所有确定的传感器数据和生物反应器的操作历史(包括但不限于，生长培养基2通过生物反应器10的流速、来自流体贮存器20的生长培养基的引入的时间和体积、系统50操作期间任何其他添加的物质或添加剂的引入的时间以及体积和浓度)的本领域已知的用于在其中存储任何计算数据的任何类型的存储器设备。

根据一些实施例，控制器30被配置为还包括本领域中已知的任何显示设备，用于将处理结果和任何感测参数的值显示给系统50的操作者或用户。控制器30还被配置为还包括一个或多个用户接口设备(例如但不限于鼠标、光笔、指示设备、键盘、触敏屏幕或本领域已知的任何其他输入设备)，其被配置为由系统50的用户或操作者用于将数据和/或合适的命令输入到控制器30中。例如，用户可以通过向控制器30输入合适的命令来控制生长培养基2通过生物反应器10的流速，从而导致控制器30通过连接控制器30和泵4间的通信线路29将合适的控制信号发送到泵4。

在本申请的系统的一些实施例中，系统50的阀23、24、25和39构造成手动阀或旋塞阀，其可以手动关闭或打开。在一些其他实施例中，阀23、24、25和39中的一个或多个被配置为电动阀，其可以通过从控制器30接收适当的命令信号来操作。

例如，阀23、24、25和39中的任何一个可以是可电操作的基于螺线管的阀，其可以通过控制器30向螺线管施加合适的电压或电流信号来可控制地和/或自动地打开和/或关闭。应注意，为了清楚说明，连接在控制器30与任何阀23、24、25和39之间的任何电线未在图1中示出。然而，这种可选连接在图5的示意图中示出。

应注意，虽然在生物反应器系统50中，第二腔室14B中的生长培养基2的上表面2A的水平是固定的，但这不是强制性的，并且在生物反应器系统的一些实施方式中，生物反应器中生长培养基的水平(高度)可以可控地改变。

现在参考图2，其是说明根据一些实施方案的生物反应器系统的示意性部分横截面图，该生物反应器系统具有带有多个流体出口的生物反应器，用于可控制地调节生物反应器中生长培养基的水平。本申请的生物反应器。

根据一些实施方案，生物反应器系统150包括生物反应器110、如上文详细公开的控制器30、如上文详细公开的泵4和如上文详细公开的流体贮存器20。生物反应器系统150配置成还包括补氧系统160。生物反应器110可以由上文详细公开的用于生物反应器110的任何材料制成。生物反应器110具有生物反应器壁110A，底部部分110B和生物反应器顶部部分110C。根据一些实施例，顶部部分110C被配置为在其中具有螺纹开口110F，用于通过螺纹传感器单元122密封地插入其中。生物反应器110D顶部的顶部开口可以使用盖110E有效地封闭，其中生物反应器的顶板中的开口的密封由110G表示。

根据一些实施例，传感器单元122被配置为包括附接到或包括在传感器单元122的端部122A中用于感测任何期望的生长培养基2(传感器单元122的端部122A可以浸入其中)的化学或物理性质的任何数量的传感器(为了清楚说明，未在图2中单独示出)。应注意，端部122A的位置可通过在螺纹开口110F内向上或向下穿过传感器单元122来改变，使得端部122A可以以生物反应器110中生长培养基2内的任何水平来浸入生长培养基2内。

隔板穿孔隔板112密封地附接到生物反应器110的壁110A，使得隔板穿孔隔板112将生物反应器110的内部体积分成第一(下)腔室114A和第二(上)腔室114B，如上文中对生物反应器10和生物反应器系统150的穿孔隔板12详细公开的隔板。根据一些实施例，穿孔隔板112可以由类似材料制成，并且可以具有与上文针对穿孔隔板12详细公开内容类似的穿孔平均尺寸。

然而，根据一些实施例，虽然生物反应器10(图1的)在第二腔室14B中具有单个流体出口26，但生物反应器110具有在不同高度处的多个不同的流体出口和相应的阀，例如四个在第二腔室114B中的不同流体出口126A、126B、126C和126D。出口126A、126B、126C和126D沿着第二腔室114B的长度设置在不同的位置，并且流体出口126A、126B、126C和126D中的每个具有相应的阀124A、124B、124C和124D(分别)附于其上。阀124A、124B、124C和124D流体连接到公共流体歧管128，该流体歧管128流体连接到泵4。四个阀门124A、124B、124C和124D在不同位置的布置允许从图2中由虚线A、B、C和D示意性表示的四个不同水平中选择生长培养基2的水平。

在一些实施例中，如果阀124D打开并且阀124A、124B、124C关闭(如图2所示)，则生长培养基2达到由实线D表示的水平并且通过流体出口126D离开第二腔室114B的生长培养基2进入歧管128并通过泵4将生长培养基2泵送通过泵出口4B进入流体入口116并通过穿孔19流体叶轮18再循环到生物反应器110中。

在一些实施例中，如果希望增加第二腔室114B中的生长培养基2的水平，则可以关闭阀126A、126B和126D，并且可以打开阀门126C，同时可以打开阀门39一段时间以允许来自贮存器20的一定量生长培养基2被泵4泵送到第一腔室114A中，直到生长培养基2的水平达到由虚线C表示的水平，此时可以关闭阀39，并且生长培养基2通过流体出口126C离开第二腔室。

类似地，在一些实施例中，如果希望进一步增加第二腔室114B中的生长培养基2的水平，则可以关闭阀126A、126C和126D，并且可以打开阀门126B，同时可以打开阀门39一段时间以允许来自贮存器20的额外量的生长培养基2被泵4泵送到第一腔室114A中，直到生长培养基2的水平达到由虚线B表示的水平，此时可以关闭阀39，并且生长培养基2通过流体出口126B离开第二腔室。

此外，如果希望甚至进一步增加第二腔室114B中的生长培养基的水平，根据一些实施例，阀126B、126C和126D可以关闭并且阀门126A打开，同时阀门39可以打开在一段时间，以允许来自贮存器20的额外量的生长培养基2被泵4泵送到第一腔室114A中，直到生长培养基2的水平达到由虚线A表示的水平，此时可以关闭阀39，并且生长培养基2通过流体出口126A离开第二腔室。

本领域技术人员将理解，虽然生物反应器110包括允许四个不同水平的四个流体出口126A、126B、126C和126D水平，但在生长培养基2的闭环灌注(再循环)期间实现生长培养基2的强制条件，这绝不是强制性的。而是，在本申请的生物反应器的一些实施方案中，通向生物反应器的第二腔室的出口(和连接到其上的相应阀门)的数量可以根据需要变化，并且可以小于或大于4(具有适当改变歧管128以容纳所需数量的阀门，以便通过适当地打开和关闭阀门，允许在生物反应器的第二腔室中实现任何所需的实际数量的生长培养基2水平，在上文中详细公开的。

能够在生物反应器的第二腔室内设置不同水平的生长培养基2的优点在于它可以允许增加或减少第二腔室114B中的生长培养基2的总体积，以便增加(或减少)可以在生物反应器内生长的细胞(或微生物)的数量，如果必须的话。该机制允许以高密度培养细胞并随着细胞增殖适应培养基和营养物的更新，从而减少或消除对传代和培养皿/容器更换的需要。

根据一些实施例，处于不同高度的多个不同流体出口中的至少一些并且与它们相应的阀一起也被配置为流体入口端口。在一些实施方案中，多个不同的流体出口/入口配置成从生物反应器中循环出一部分细胞或微生物。在一些实施方案中，细胞或微生物可以循环出生物反应器的上室，以便处理细胞，其中处理过的细胞然后循环回到生物反应器(未示出)中。在一些实施方案中，细胞可以例如通过耗尽或富集特定细胞类型或经遗传修饰来选择，例如但不限于表达先前未表达的多肽或其片段，或增加或减少多肽或其片段的表达。在一些实施方案中，处理包括诱导细胞增加或减少特定基因或基因变体的表达。遗传修饰和基因表达控制的方法是本领域熟知的。在一些实施方案中，可以使用本领域已知的任何方法转化(遗传修饰)细胞。在一些实施方案中，可以处理细胞，其中使用本领域已知的任何方法修饰多肽表达。在相关实施例中，根据细胞团当前水平(高度)选择出口/入口流体端口及其相应的阀以使细胞团循环。

应注意，根据一些实施例，生物反应器110的截头圆锥形状允许沿生物反应器110的长度建立流体速度梯度，以便使细胞团3轻轻地漂浮并使大部分细胞团3保持悬浮在包含在第二腔室114B中的生长培养基2的限定区域中，以避免细胞聚集(和/或粘附)到穿孔隔板112的上表面112A上，以及通过用于生长培养基2的再循环的流体出口离开来减少细胞损失。

根据一些实施方案，所提供的生物反应器包括容器或至少上腔室，其具有倒置的截头圆锥形状，其构造成允许细胞(或微生物)生长物质漂浮并升高到更大的表面，这是由于培养基的向上流动(相对于重力方向)和压力平衡(质量重力与向上流动的液流)。此外，由于恒定的体积流量，培养基的较慢流动穿过倒置的截头圆锥形状的较上和较大区域处的细胞(或微生物)团，这有助于浓缩细胞团，并减少由培养基的流动引起的剪切力。

应注意，与图1的生物反应器10中一样，容器壁110A相对于生物反应器110的纵向轴线135倾斜一角度，如图2的部分纵向截面图所示。根据一些实施例，容器壁110A构造成相对于纵向轴线135倾斜的角度可以在0到175度的范围内。然而，也可以使用更高或更低的倾斜角度，这尤其取决于具体应用。应注意，并非本申请的生物反应器的所有壁都需要倾斜，而是根据生物反应器的具体形状，仅一些壁被配置成倾斜(例如，参见下文图4I的生物反应器)。因此，在由虚线A表示的水平处截取的生物反应器的横截面的面积大于在水平D处取得的横截面的面积。

根据一些实施例，当在第二腔室114B内沿着纵向轴线135向上移动时，生物反应器110的横向横截面积变大，导致在生长培养基2中建立流体速度梯度，使得当在从表面112A朝向顶部110C的方向上向上移动时，生长培养基2的流体速度逐渐减小。

该流体速度梯度有助于将大部分细胞或微生物悬浮在第二腔室114B的生长培养基2内的范围或区域中，其中向下作用于细胞3(或微生物)的重力平衡了通过向上流动的生长培养基2施加在细胞上的平均指向上部的力，如上文对生物反应器10详细公开的那样。因此，在生物反应器110中，控制第二腔室114B内的生长培养基2的水平(或高度)以及控制生长培养基2的流速(通过控制泵流速)可以有利地允许更精细地控制其中大部分细胞悬浮的第二腔室2内的范围或区域。另外，流速控制允许最小化引入细胞的剪切力，并保持与细胞增殖和密度相关的优化和更新培养基的能力，这可使得高细胞密度培养。

根据一些实施方案，生物反应器110的穿孔隔板112是平坦(平面)隔板。根据一些实施方案，收获口127配置成用于从生物反应器110收获细胞。根据一些实施例，收获口127成形为中空构件或管，其包括第一中空部分127A和第二中空部分127B。部分127A密封地连接到穿孔隔板112(在一些实施例中，在穿孔隔板112的中心)并且具有开口127C，其在穿孔隔板的上表面112A处通向第二腔室114B。

第二中空部分127B与第一中空构件127A邻接并且与第一中空构件127A成一角度弯曲，使得其穿过第一腔室114A的容器壁110A并且密封地附接到容器壁110A。第二部分127B离开容器壁110A并延伸到生物反应器110外部。第二部分127B包括阀(或旋塞)123，其设置在第二部分127B的延伸到生物反应器110外部的部分内。当需要从生物反应器中收获细胞3时，这可以通过降低第二腔室114B内的生长培养基2的水平以浓缩细胞来进行。

例如，生长培养基2的水平可以达到由线D表示的水平，或者，通过从第一腔室经过设置在生物反应器110的底部110B中的合适的出口排出多余的生长培养基，可以达到低于水平D的水平(图2中未所示)(例如，类似于图1中所示的出口27或端口126A-126D的出口)。在细胞3浓缩后，通过打开阀门123并在适当的收集容器(未示出)中接收细胞悬浮液，可以通过收获口127收获细胞3在生长培养基2中的悬浮液。

根据一些实施例，阀126A、126B、126C、126D、39和123可以是手动阀(或旋塞阀)，但是根据生物反应器110的一些实施例，可以可控制地和/或自动地操作，如在上文中详细公开的关于图1的阀24、23、25和39。例如，阀126A、126B、126C、126D、39和123中的任何一个被配置为可电操作的电磁阀，其可被控制以通过生物反应器系统150的控制器30打开和关闭(注意如果阀确实实施为基于螺线管的阀，则将连接阀126A、126B、126C、126D、39和123中的任何一个连接至控制器30的任何线路基于清楚说明的原因在图2中未示出。然而，这种示意线在下文的图5中更详细地示出)。根据一些实施例，控制器20被配置为通过连接线22B适当地连接到传感器单元122，传感器单元122被配置为包括任何数量的传感器，用于感测生长培养基2的任何化学和/或物理特性，如对图1的传感器单元22在上文中详细公开的。应注意，虽然传感器单元22的端部22A的位置可以是固定的(因为在灌注期间生物反应器10的第二腔室14B中的生长培养基2的水平没有显著变化，所以传感器单元122被配置基本上比传感器单元22长，并且被配置为以这样的方式实现，即，如果必要的话，可以改变传感器单元122的端部122A的位置以适应第二腔室114B内的生长培养基2的表面水平的任何变化。

例如，传感器单元122的长度上的大部分可以是带螺纹的，并且传感器单元122装配到其中的开口110F也可以是带内螺纹的，以允许通过按需要适当地将传感器122拧入或拧出来改变端部122A在第二腔室内的位置。或者，传感器单元122的表面可以是平滑的，并且传感器122的端部122A的位置可以通过在密封地布置在开口110F和传感器单元122之间的合适垫圈(图2中未示出)内适当地密封地推动或拉动传感器单元122来改变。

根据一些实施例，系统150的补氧系统160被配置为包括用于向生物反应器110供应氧气的氧气源160A，以及设置在第一腔室114A内的气体分散头160(可选地)。根据一些实施例，氧源160A被配置成经过气体阀160D通过合适的中空构件160C(例如合适的中空柔性管)密封地穿过生物反应器110的壁110A连接至气体分散头。或者，根据一些实施例，氧源160A被配置成经过合适的气阀160D连接至固定入口，该固定入口形成为壁110A的整体部分，气体分散头可以适当地附接到该壁110A。

根据一些实施例，气阀160D被配置为由操作者手动打开或关闭的手动操作阀。然而，在一些实施例中，气阀160D可被配置为致动器控制阀，其可通过从控制器30接收合适的电指令信号而适当地打开或关闭(应注意，为清楚起见，任何将控制器30与气阀160D连接的指令线未在图2中示出)。根据一些实施例，氧源160A可以是本领域已知的压缩氧气罐，但也可以是本领域已知的任何类型的氧气发生器，例如但不限于电解氧气发生器或任何其他的本领域已知的气态氧来源。或者，氧源可以是含有大量氧气的任何气体混合物的来源(例如，适用于本领域已知的生长培养基的补氧作用目的的空气，氧气和氮气的混合物，氧气、氮气和二氧化碳的混合物，或任何其他合适的气体混合物)。根据一些其他实施方案，液体培养基的补氧作用在流体贮存器20处提供。

当气阀160D打开时，来自氧气源160A的氧气通过气体分散头160B并在第一腔室114A内以上升的小的含氧气的气泡的形式分散。气体分散头160B可以是任何类型的头，其中包括穿孔，并且能够以小气泡的形式分散通过其液体(例如生长培养基2)的气体。例如，气体分散头160B可以是穿孔陶瓷材料块、穿孔不锈钢块、穿孔钛块或本领域已知的任何其他类型的可消毒分散头(这样的气体分散头可以是在结构和操作上类似于用于给鱼类水族箱中的水补氧的气体分散头，如本领域所公知的)。

应注意，虽然图2中所示的补氧系统160直接向生物反应器110的第一(下部)腔室114A内的生长培养基提供氧气，但这对于实施本文公开的生物反应器或生物反应器系统绝不是必须的。例如，补氧系统160可以向生物反应器系统150的其他不同部分提供氧气，例如提供给第二腔室114B或歧管128，或提供给流体贮存器20，或者可以提供氧气到多于生物反应器系统150的一部分(例如，第一腔室114A和流体贮存器20)。

或者，可以通过控制生物反应器顶部110C和培养基D表面之间的顶部空间中的氧水平来控制培养基中的氧水平，从而允许通过扩散进行氧化。这可以通过将氧分散头160B放置在系统的所需部分中或通过提供几个氧分散头来实现，所述氧分散头都适当地连接到氧源160A并且设置在生物反应器系统150的任何选定部分中，用于给设置在这些部分的任何生长培养基补氧。构思将所有这些替代氧供应方法用于如本文所公开的生物反应器和/或生物反应器系统的一些实施方案中。

还应注意，由于传感器，例如溶解氧传感器，可以放置在生物反应器的各种入口和出口中(如上所述)，因此可以在任何时间或过程阶段(连续地，或以预设和/或可编程和/或预定时间间隔)监测生长培养基中的溶解氧浓度。因此，它能够通过自动调节流过分散头160B(或如果该种头在系统150中的存在多于一个时的头)的氧气(或含氧气体混合物)的气体流速来保持生长培养基中溶解氧的期望水平。根据一些实施方案，可以通过增加在贮存器中的培养基的氧水平，以及通过增加第一腔室处的培养基的灌注速率来提供生物反应器容器中培养基的氧水平的增加。

应注意，本申请的生物反应器的形状不限于如图1和2所示的截头圆锥形状。例如，生物反应器被配置成具有圆锥形状、截头圆锥形状、锥形形状、圆柱形状、多边形棱柱形状、具有椭圆形横截面的锥形形状、具有多边形横截面的锥形形状、具有圆柱形部分和锥形部分的形状，以及具有圆锥形或锥形部分和半球形部分的形状。然而，根据生物反应器的一些实施方案，其他不同的生物反应器形状也可以实施，这尤其取决于具体应用和制造考虑因素。

生物反应器的几种可能的示例性形状在图3和图4A-4I中示意性地示出。现在参考图3，其是说明根据本申请的生物反应器的另一个实施方案的生物反应器系统的示意性部分横截面图，所述生物反应器系统包括具有包括穿孔隔板的圆柱形状的生物反应器。

根据一些实施方案，生物反应器系统250包括生物反应器210，如上文详细公开的控制器30，如上文详细公开的泵4和如上文详细公开的流体贮存器20。根据一些实施方案，生物反应器系统250还包括如上文详细公开的补氧系统160。生物反应器210可以由上文详细公开的用于生物反应器10和110的任何材料制成。生物反应器210具有容器壁210A，底部210B和生物反应器顶部210C。顶部210C可以在其中具有开口210G，并且自密封垫圈211可以设置在开口内以密封开口。自密封垫圈211可以被针头(图3中未示出)密封地穿透，用于将生长培养基中的细胞或微生物的悬浮液或含有任何物质或添加剂的任何其他流体或溶液引入到生物反应器210中，如上文详细公开的。

应注意，细胞或微生物也可通过设置在生物反应器的壁或顶部的任何合适的单向阀(图3中未示出)引入到生物反应器的第二腔室中，使得单向阀允许将细胞悬浮液或微生物悬浮液注入其中并进入生物反应器的第二腔室而不损害生物反应器的无菌性。

根据生物反应器的一个实施方案，单向阀可以是类似鲁尔锁定(luer-lock)的阀，其可以成形为接受含有细胞或微生物悬浮液的标准注射器的末端。使用这种单向阀可能是有利的，因为当将悬浮液注入生物反应器时，可以使阀的孔口足够大以减小影响细胞的剪切力。应注意，本申请的任何生物反应器配置成具有这种开口、自密封垫圈和单向阀的任何组合。

根据一些实施例，容器壁210A被配置为具有开口210F，用于通过具有螺纹的传感器单元222密封地插入其中。传感器单元222被配置为包括附接到或包括在传感器单元222中的任何数量的传感器(为了清楚说明，未在图3中单独示出)，用于感测生长培养基2的任何期望的化学或物理特性，如在上文中详细公开的关于图2中的传感器单元122。

根据一些实施例，穿孔隔板212密封地附接到生物反应器210的容器壁210A，使得穿孔隔板212将生物反应器210的内部容积分成第一(下)室214A和第二(上)室214B，如上文详细公开的生物反应器10以及图1中的生物反应器系统50的穿孔隔板12所公开的。隔板穿孔隔板212可以由类似材料制成，并且可以具有类似于如上文详细公开的穿孔隔板(例如图1中的12)的穿孔平均尺寸。然而，虽然生物反应器10(图1)在第二腔室14B中具有单个流体出口26，但生物反应器210可包括第二腔室214B中的若干不同的流体出口(未示出)，其中出口包括单独的出口和阀(未示出)。

根据一些实施例，阀流体连接到公共流体歧管280A，其流体连接到泵4。如图2所示，四个阀在不同位置的布置允许生长培养基2的水平从四个不同水平中选择。

根据一些实施例，可以改变通向生物反应器的第二腔室的出口(以及附接到其上的相应阀门)的数量(出口的数量可以小于或大于4，并且对歧管280进行适当的修改以适应所需的阀的数量)，通过以如上详细描述的方式适当地打开或关闭阀以这种方式允许期望的生长培养基2水平的实际数量在生物反应器的第二腔室中实现。

根据一些实施例，系统250的补氧系统160包括用于向生物反应器110供应氧气的氧气源160A，以及设置在第一腔室214A内的气体分散头160(可选地)。氧气源160A构造成经过气体阀160D通过合适的中空构件160C(例如合适的中空柔性管)密封地穿过生物反应器110的壁210A连接到气体分散头。或者，氧源160A构造成通过合适的气阀160D适当地连接到固定入口，该固定入口形成为壁210A的整体部分，气体分散头可以适当地连接到该壁210A。另外，还可以通过控制顶部210C和液面D之间的顶部空间中的氧浓度来控制氧浓度，从而允许生长培养基2通过扩散氧化。在一些实施方案中，可以调节pH。例如但不限于控制CO₂浓度，可以通过扩散控制顶部空间中的CO₂浓度来控制pH。

根据一些实施例，气阀160D被配置为由操作者手动打开或关闭的手动操作阀。然而，在一些实施例中，气阀160D被配置为致动器控制阀，其可通过从控制器30接收合适的电指令信号而适当地打开或关闭(应注意，为清楚起见，任何将控制器30与气阀160D连接的指令线在图3中未示出)。根据一些实施例，氧源160A可以是压缩氧气罐，如本领域中已知的，但也可以是本领域已知的任何类型的氧气发生器，例如但不限于电解氧气发生器或任何其他本领域已知的气态氧源。

或者，氧源可以是含有大量氧气的任何气体混合物的来源(例如，适用于本领域已知的生长培养基的补氧作用的空气，氧气和氮气的混合物，氧气、氮气和二氧化碳的混合物，或任何其他合适的气体混合物)。当气阀160D打开时，来自氧源160A的氧气通过气体分散头160B并以在第一腔室214A内上升的小的含氧气的气泡的形式分散。气体分散头160B可以是任何类型的头部，其中包括穿孔，并且能够以小气泡的形式分散通过液体(例如生长培养基2)的气体。

例如，气体分散头160B可以是穿孔陶瓷材料块、穿孔不锈钢块、穿孔钛块或本领域已知的任何其他类型的可消毒分散头(这样的气体分散头可以是在结构和操作上类似于用于给鱼类水族箱中的水补氧的气体分散头，如本领域所公知的)。

现在参考图4A-4I是示出了根据本申请的生物反应器的若干实施例的包括穿孔隔板的生物反应器的若干示例性形状的示意性横截面图。应注意，为了清楚说明，图4A-4I的示意图仅示出了生物反应器的壁的一般形状和其中包括的穿孔隔板，并未示出生物反应器或生物反应器系统的任何附加组件的任何细节(例如，生物反应器的壁中各种开口、传感器单元、流体入口、流体出口、排放口、收获口、加热单元、冷却/加热单元、流体叶轮、气体分散头、阀、泵、控制器、可自密封垫圈、流体歧管或任何其他对于理解生物反应器的形状不重要的组分)。本领域技术人员将理解，图4A-4I中未示出的任何此类部件都是可以包括在图4A-4I中示意性示出的任何生物反应器中的任何非互斥组合和/或排列中，如此处详细公开并在附图中示出的。

还应注意，尽管图4A-4I中所示的穿孔隔板被示为平坦的固定穿孔隔板，但这仅作为示例示出，并且可以预期任何具有如图4A-4I中所公开的形状的生物反应器也可以用本申请中公开的任何类型的穿孔隔板(包括在本公开中公开的任何平的或非平的、固定的和可移动的穿孔隔板、弯曲的穿孔隔板和所有其他穿孔隔板形式)来实施。

转到图4A，生物反应器300包括如上所述的穿孔隔板12，其将生物反应器300分成形状为生物反应器300的圆柱形部分的第一腔室304A和形状为生物反应器300的截头圆锥形部分的第二腔室304B。因此，生物反应器300具有圆柱形部分和截头圆锥形部分的形状。

转到图4B，生物反应器310包括如上所述的穿孔隔板12，其将生物反应器310分成形状为生物反应器300的圆柱形部分的第一腔室314A和形状为生物反应器300的锥形部分的第二腔室314B。因此，生物反应器300具有圆柱形部分和锥形部分的形状。第二腔室314B的锥形壁308具有凸出的外表面308A。

转到图4C，生物反应器320包括如上所述的穿孔隔板12，其将生物反应器320分成形状为生物反应器320的圆柱形部分的第一腔室324A和形状为生物反应器320的锥形部分的第二腔室324B。生物反应器320具有圆柱形部分和锥形部分的形状。第二腔室324B的锥形壁328具有凹入的外表面328A。

转到图4D，生物反应器330包括如上所述的穿孔隔板12，其将生物反应器330分成形状为生物反应器330的锥形部分的第一腔室334A和形状为生物反应器330的锥形部分的第二腔室334B。生物反应器330具有锥形形状。生物反应器330的锥形壁338具有凸出的外表面338A。

转到图4E，生物反应器340包括如上所述的穿孔隔板12，其将生物反应器340分成形状为生物反应器340的锥形部分的第一腔室344A和形状为生物反应器300的锥形部分的第二腔室344B。生物反应器340具有锥形形状。生物反应器340的锥形壁348具有凸出的外表面348A。

转到图4F，生物反应器350包括如上所述的穿孔隔板12，其将生物反应器350分成形状为生物反应器350的一部分的锥形的第一腔室354A和形状为生物反应器300的截头圆锥形部分的第二腔室354B。生物反应器350具有圆锥形状。

转到图4G，生物反应器360包括如上所述的穿孔隔板12，其将生物反应器360分成形状为生物反应器360的圆柱形部分的第一腔室364A和形状为生物反应器360的圆柱形部分的第二腔室364B。生物反应器360具有圆柱形状。

转到图4H，生物反应器370包括如上所述的穿孔隔板12，其将生物反应器370分成形状为生物反应器370的半球形部分的第一腔室374A和形状为生物反应器370的截头圆锥形部分的第二腔室374B。生物反应器370具有类似于圣杯的形状。

转到图4I，生物反应器380包括如上所述的穿孔隔板12，其将生物反应器380分成第一腔室384A和第二腔室384B。生物反应器380包括垂直壁部分380H和倾斜壁部分380E，垂直壁部分380H垂直于生物反应器380的底部380B(壁部分380H与底部380B形成90度的角度)，倾斜壁部分380E以一定角度相对于壁部分380H(虚线385平行于垂直壁部分380H)倾斜。通常，角度α1<90°并且在一些实施例中但不是强制性地<45°。

现在参考图4J，图4J是图4I的生物反应器380的顶视图。生物反应器380的顶部380C成形为使得其具有半圆形部分380E，两个直部380F和380G以及一个直部380H。生物反应器380的底部380B(由图4J中的虚线380B示意性地示出)可以具有与顶部的形状或轮廓类似的形状或轮廓，但是由于壁部分380E的倾斜，其横截面积小于顶部380C的横截面积。

应注意，虽然生物反应器380的顶部380C的形状如上文关于图4J所公开，但这不是强制性的，顶部380C和底部380B的其他不同形状可用于具有倾斜的壁部分或部的生物反应器的实施方案。在具有倾斜壁部分和非倾斜壁部分的生物反应器的一些实施方案中，生物反应器的顶部和/或底部可具有任何其他所需形状，包括但不限于半椭圆形、半椭圆形、圆形、矩形、方形、梯形、多边形或任何其它合适的规则或不规则形状。

应注意，虽然在上文公开的生物反应器的若干实施例中，生物反应器的横截面可以是圆形的，但在本申请的生物反应器的其他实施例中，生物反应器的横截面可具有其他形状，包括但是不限于椭圆形、多边形、正多边形或任何其它合适的形状。

还应注意，在本文公开的一些生物反应器中，沿生物反应器的纵向轴线在不同位置处截取的不同横截面可具有不同的形状。例如，返回到图4C，虽然沿着线I-I和II-II(它们都与纵向轴线335正交)截取的横截面都可以是圆形的，但根据生物反应器的另一个实施例，沿线I-I截取的横截面可以是圆形的，沿线II-II截取的横截面可以是椭圆形的。

此外，根据生物反应器的一些实施方案，生物反应器的形状可以是圆锥形、截头圆锥形、锥形、圆柱形、多棱柱形、具有椭圆形横截面的锥形、具有多边形横截面的锥形形状、具有圆柱形部分和锥形部分的形状、以及具有圆锥形或锥形部分和半球形部分的形状。

现在参考图5，图5是说明根据本申请的生物反应器系统的一些实施方案的生物反应器系统的组件的示意性框图。生物反应器系统400包括生物反应器410、泵404，生物反应器系统还可包括N+1个可控阀424A-424N(其中N是整数)和另一个可控阀439。生物反应器系统还可包括(可选的)控制器430、(可选的)流体贮存器420、(可选的)流体叶轮418和(可选的)补氧系统460和(可选的)加热器/冷却器单元470。在一些实施方案中，本文公开的生物反应器系统还包含控制器。在一些实施方案中，生物反应器系统还包含流体贮存器。在一些实施方案中，生物反应器系统还包括流体叶轮。在一些实施方案中，生物反应器系统还包含补氧系统。在一些实施方案中，生物反应器系统还包括加热器单元。在一些实施方案中，可以通过加热夹套或任何提供的生物反应器周围环境(未示出)提供对液体介质的加热。在一些实施方案中，生物反应器系统还包括冷却器单元。在一些实施方案中，生物反应器系统还包括加热器单元和冷却器单元。根据一些实施方案，可以在液体贮存器处控制液体的温度(加热/冷却至所需温度)。

在一些实施方案中，生物反应器系统包括到出口阀(426)的控制信号。在一些实施方案中，生物反应器系统包括用于泵的控制信号(439A)。

根据一些实施方案，生物反应器410可以是具有多个流体出口的任何生物反应器(如本申请中所公开并在附图中示出的)，其包括第一(下)室和第二(上)室(在图5的示意性框图中没有详细示出第一和第二腔室，但是可以在例如图2所示中看到)。通向第二腔室的多个流体出口中的每一个(为了清楚起见，未在图5的示意图中示出)通过相应的N个阀424A-424N中的一个可流体连接到流体歧管428。

根据一些实施例，流体歧管428被配置成将从生物反应器410的第二腔室收集的生长培养基供给到泵404，泵404被配置成通过通向生物反应器410的第一腔室的流体入口448将生长培养基泵送回生物反应器410的第一腔室。流体入口448被配置成(任选地)将生长培养基供给(可选的)流体叶轮418，如上文参考图2详细公开的。传感器单元422可以如上文关于任何传感器单元22、122和222(分别为图1,2和3)所公开的那样实现。

根据一些实施例，流体贮存器420可以是生物反应器410外部的流体贮存器，如上文所公开的，并且被配置成通过阀439流体地且可控地联接到泵404。N个阀404A-404N中的每一个通过相应的通信线429A-429N适当地连接到控制器430，以从控制器接收用于打开或关闭任何阀424A-424N的控制信号。阀439通过合适的通信线路连接到控制器430，用于从那里接收控制信号以打开或关闭阀门439，以允许生长培养基从贮存器420流入泵404并且从那里进入生物反应器410，如公开的那样。在上文中详细描述了阀39(图1)。

根据一些实施例，泵404被配置为通过合适的通信线路适当地连接到控制器430，以控制泵404的操作。例如，这种控制信号可以打开或关闭泵，并且还可以控制生长培养基通过泵404的流速(或者泵404对生长培养基的泵送速率)。

根据一些实施方案，(任选的)加热器/冷却器470配置成设置在生物反应器410中(在一些实施方案中在其第一腔室内)以加热或冷却生物反应器410内的生长培养基以维持生长培养基所需的温度。任选地，水套(未示出)或毯子(未示出)或任何其他受控温度环境可用于生物反应器的温度控制。

根据一些实施例，如果传感器单元422包括温度传感器，则表示所感测的温度的信号可以通过通信线422A从温度传感器发送到控制器430。控制器430配置成处理这些信号并将适当的信号发送到加热器/冷却器470，以维持生物反应器内的所需温度或设定温度或预设温度，这在温度控制领域是公知的。包括在传感器单元422内的任何其他传感器被配置成(可选地)通过通信线422A发送表示生物反应器410中生长培养基的任何感测的物理或化学参数的传感器信号，如上文详细公开的。

根据一些实施例，控制器430被配置为处理任何这样的传感器信号以确定生长培养基的状态，并且还可以将处理后的任一显示状态数据或关于任何被监测或感测的物理或化学参数用于操作者或用户。生物反应器系统400由包括在控制器430中的(可选的)用户界面431中的(可选的)显示单元(图5中未详细示出)组成，如上文详细公开的。

例如，在传感器单元包括用于检测生物反应器430内的生长培养基中溶解的氧气量的溶解氧传感器的情况下，传感器信号可以由控制器430处理，并且如果溶解氧的浓度是如果不同于期望的设定值，预设值或预定值，则控制器430配置成将控制信号发送到补氧系统460，用于停止或开始将含氧气体引入生物反应器430内(或流体内)的生长培养基中贮存器420，取决于生物反应器系统400的具体实施方式，以适当地将溶解氧水平调节到所需水平。

要注意的是，如上文关于控制器30(图1)详细公开的，控制器单元430被配置为包括任何种类的合适处理器(数字和/或模拟)，其可以通过合适的软件操作以自动或半自动地控制生物反应器430的操作或其操作功能的至少一部分。例如，虽然生物反应器410的第二腔室内的生长培养基水平和流速的确定可以由操作者通过使用用户界面431手动设定，生物反应器的温度和/或生长培养基中的溶解氧浓度的调节可以通过在控制器430上运行的合适软件自动控制。类似地，通过关闭404并打开排出阀425，通过排出口427从第一腔室中周期性地排出一定量的生长培养基，然后关闭排出阀425，打开阀439并打开泵404以允许一定量的新鲜生长培养基被泵入第一腔室，然后关闭阀439以重新启动通过生物反应器410的生长培养基的循环，从而可以完全实现从贮存器420中添加新鲜生长培养基的完全自动化。类似的方法可在贮存器430中使用类似的方法，从而实现生物培养基的更新。

当需要收获在生物反应器内生长的细胞或微生物时，可以根据生物反应器的特定结构以几种不同的方式进行收获。

在生物反应器的一些实施方案中(例如，在图1的生物反应器10中)，穿孔隔板被固定并且不可移动地连接到生物反应器的壁和收获处。在这样的生物反应器中收获细胞可以通过使用设置在生物反应器的容器壁中并开口到第二腔室中的一个或多个在穿孔隔板的上表面附近的收获口来进行阻隔(例如，图1中的生物反应器10的单个收获口21，其通向穿孔隔板12的表面12A附近的第二腔室14B)。隔板然而，由于生物反应器10的平坦表面12A在收获期间是水平的，由于部分细胞3可能不会到达收获口21的开口，所以收获可能会受到一些阻碍。

现在参考图6A-6B，其是根据本申请的生物反应器的一些实施方案的示意性部分横截面图，其示出了可倾斜生物反应器的两种可能的位置状态。

应注意，图6A-6B的生物反应器510仅以示意图示意性地示出，并且仅详细示出了理解其收获操作所需的部件。为了清楚说明起见，对于理解倾斜方案和细胞收获不是必需的生物反应器510的其他组件，未在图6A-6B中示出，并可以如图1-5中的生物反应器或本文其他部分所公开的其他生物反应器详细公开的来实施。在图6A的可倾斜生物反应器510中，生物反应器包括容器壁510A、顶部510C和底部510B。生物反应器510内的空间通过穿孔隔板512分成第一腔室514A和第二腔室514B。生物反应器510的任何未在图6A-D中详细示出的其他组件可以如上文关于图1的生物反应器10详细公开的那样。在图6A中，生物反应器510处于垂直状态，其中生物反应器510的纵向轴线535是垂直的(在图6中，由纵轴535沿垂直轴V对齐表示)。生物反应器510包括收获口521和阀523。

在图6A中，阀523显示处于关闭状态，并且生物反应器510显示含有少量生长培养基2，其中待收获的细胞3在通过打开阀525使大部分(但不是全部)生长培养基2从生物反应器510中经过通向第一腔室514A的出口527被排出后悬浮。在排水期间，根据一些实施方案，保持在第二腔室514B中的部分生长培养基2向下游穿过穿孔隔板的穿孔并进入第一腔室514A并从出口527离开，但细胞3保留在第二腔室514B中，因为它们不能穿过穿孔隔板的穿孔。根据一些实施例，排水也可以通过深管(未示出)提供，该深管可以通过例如出口端口126A-126D中的一个插入上腔室(如图2所示)，只要深管位于细胞团浓缩物之上。根据一些实施例，只要出口端口位于细胞团浓缩物之上，也可以通过打开出口126A-126D之一(图2中所示)的阀来提供排水。由于残留在第二腔室中的生长培养基2的量减少，这导致细胞在第二腔室514B中浓缩。当第二腔室514B中的生长培养基2的水平已充分降低时，可关闭阀525。

根据一些实施方案，为了进行细胞收获，现在生物反应器510如图6B所示倾斜，其示出了处于倾斜状态的生物反应器510。在倾斜状态下，生物反应器510的纵向轴线535相对于垂直方向倾斜角度α(如图6B中由垂直虚线V所示的)。角度α可以是0<α<90度范围内的任何方便角度。在生物反应器510倾斜(例如以角度α＝45度)之后，如图6B所示，通过打开阀523，可以将悬浮的细胞3收获到合适的收集容器例如试管511中。这种可倾斜生物反应器的优点在于，与在不可倾斜的生物反应器(例如图1的生物反应器10)中进行的收获的产量相比，在收获期间收集的细胞的产量更高。如图6B、6C和6D是图6A的生物反应器510的实施方案，如上针对图6确定的图6B、6C和6D中的组件具有与图6A中的这些组件相同的含义和品质。

根据一些实施方案，生物反应器510(或如本申请中公开的任何其他类型的可倾斜生物反应器)的倾斜方案可以通过本领域已知的任何机械手段来执行，例如但不限于，使生物反应器在保持生物反应器510的任何机械支撑结构(未示出)内倾斜。另外，根据生物反应器的一些另外的实施方案，生物反应器510构造成可倾斜地支撑在叉状台架(未示出)内，该叉状台架具有可倾斜地保持支架的两个相对臂，生物反应器510可支撑在该支架内。这种用于可倾斜地保持容器的机械结构使得它可以垂直对齐或倾斜成与垂直方向成任何所需的角度，这在本领域是公知的，因此在下文中不再详细描述。

现在参考图6C和6D，其是根据本申请的生物反应器的一些实施方案的示意性部分横截面图，其示出了具有固定的倾斜穿孔隔板的生物反应器；

应注意，图6C-6D的生物反应器550仅以示意图示意性地示出，仅详细示出了理解其收获操作所需的组件。为了清楚地说明，对于理解细胞收获方法不是必需的生物反应器550的其他组件未在图6C-6D中示出，并且可以如图1-2和5的生物反应器或本文公开的任何其他生物反应器详细公开的那样实施。

图6C的生物反应器550，包括容器壁550A、顶部550C和底部550B。生物反应器550内的空间通过穿孔隔板512分成第一腔室520A和第二腔室520B。未在图6C和图6D中详细示出的生物反应器550的任何其他组件详细公开于上文图1的生物反应器10中。穿孔隔板522密封地且固定地附接到容器壁550A并且相对于生物反应器550的水平面H以角度β倾斜(水平面由图6C和6D中的虚线H示意性地表示)。角度β可以是0.2<β<45度范围内的任何角度，但是可以使用小于或大于该范围的其他角度，这尤其取决于应用。在典型的应用中，角度β可以在0.2<β<15度的范围内。

生物反应器550包括具有阀533的收获口531。收获口531的阀533如图6C所示的闭合状态，并且生物反应器550显示含有一定量的生长培养基2，其包括悬浮在生长培养基2中的细胞3。

现在转向图6D，当需要收获细胞3时，通过打开出口527的阀525，大多数(但不是全部)生长培养基2通过通向第一腔室520A的出口527从生物反应器550中排出。在排出期间，大部分生长培养基2(或用于洗涤细胞3的洗涤缓冲液)通过穿孔隔板522中的穿孔流入第一腔室520A并从出口527离开，但不能穿过穿孔隔板中的穿孔的细胞3保留在第二腔室520B中隔板。由于残留在第二腔室520B中的生长培养基2的量减少，这导致细胞3在第二腔室520B中浓缩。当第二腔室520B中的生长培养基2的水平已充分降低时，可关闭阀525。

转到图6D，示出了生物反应器550，其中第二腔室520B包含在大部分生长培养基2从第二腔室520B排出之后在第二腔室520B内保留的少量生长培养基2中浓缩的细胞3；例如，通过打开出口的阀525，直到从生物反应器550排出所需量的生长培养基，然后关闭阀门525，和/或通过深管(如上所述)和/或第二腔室的出口的其中一个(如上所述)。可以通过打开收获口531的阀533并将收集容器511连接到收获口531的末端来执行细胞的收获。

现在参照图7-9，其是示意性的部分横截面图，示出了根据本申请的生物反应器的一些实施方案的包括三种不同类型的非平面(非平坦)穿孔隔板的生物反应器的三个不同实施方案隔板。应注意，为了清楚说明，图7-9的示意图仅示出了生物反应器的壁的一般形状和其中包括的穿孔隔板的形状以及与穿孔隔板相关联的收获口，并未示出生物反应器或生物反应器系统的任何附加组件的任何细节(例如，生物反应器、传感器单元、流体入口、流体出口、排放口、收获口、加热单元、冷却单元、流体叶轮、气体分散头、阀门、泵、控制器的壁中的各种开口、可自密封的垫圈、流体歧管或任何其他部件)，这对于理解生物反应器所示的穿孔隔板的形状并不重要。本领域技术人员将理解，如图7-9中未示出的任何这样的部件都是可以包括在图7-9所示意性示出的任何生物反应器中的任何非互斥组合和/或排列中。如本文中详细公开的并且如附图所示。

转到图7，生物反应器610具有容器壁610A，弯曲的穿孔隔板612固定地(不可移动地)并且密封地附接到容器壁610A，将生物反应器610内的空间分成第一腔室614A和第二腔室614B。生物反应器610还包括收获口627，其是包括阀623的中空构件。收获口627在结构上类似于图2的收获口127。收获口627密封地附接到弯曲的穿孔隔板612并且在表面612A处开口到第二腔室614B中。

如上文针对收获口127(图2)详细公开的，收获口627密封地穿过容器壁610A以离开生物反应器610。面向生物反应器610的顶部610C的弯曲穿孔隔板612的上表面612A是凹形的，与具有固定(不可移动)的平的(平坦的)穿孔隔板的生物反应器(例如，图2的生物反应器110)中收获细胞的产量相比，这可以有利地增加收获细胞的产量隔板。

转到图8，生物反应器710具有容器壁710A，圆锥形穿孔隔板712固定地(不可移动地)并密封地附接到容器壁710A，将生物反应器710内的空间分成第一腔室714A和第二腔室714B。生物反应器710还包括收获口727，其是包括阀723的中空构件。收获口727在结构上类似于图2的收获口127。H表示生物反应器(710)的水平面H.

根据一些实施例，收获口727密封地附接到圆锥形穿孔隔板712并且在表面712A处开口到第二腔室714B中。如上文详细公开的收获口127(图2)，收获口727密封地穿过容器壁710A以离开生物反应器710。面向生物反应器710的顶部710C的圆锥形穿孔隔板712的上表面712A是圆锥形表面，与具有固定(不可移动)的平的(平坦的)穿孔隔板的生物反应器(例如，图2的生物反应器110)中收获细胞的产量相比，其可以有利地增加收获的细胞的产量隔板。

转到图9，生物反应器810具有容器壁810A，锥形穿孔隔板812固定地(不可移动地)并密封地附接到容器壁810A，将生物反应器810内的空间分成第一腔室814A和第二腔室814B。生物反应器810还包括收获口827，其是包括阀823的中空构件。收获口827在结构上类似于图2的收获口127。收获口827密封地连接到锥形穿孔隔板812，并在表面812A处开口进入第二腔室814B。

如上文针对收获口127(图2)详细公开的，收获口827密封地穿过容器壁810A以离开生物反应器810。面向生物反应器810的顶部810C的逐渐变细的穿孔隔板812的上表面812A是锥形表面，与具有固定(不可移动)的平的(平坦的)穿孔隔板的生物反应器(例如，图2的生物反应器110)中收获细胞的产量相比，其可以有利地增加收获的细胞的产量隔板。

应注意，尽管上文公开并在图1-3、4A-4I、6A-6B和7-9中示出的所有生物反应器包括固定的不可移动的穿孔隔板，但这对于使用本文公开的生物反应器或其系统不是必须的，并且根据一些实施方案，生物反应器被配置为包括可移动(非固定)穿孔隔板或可倾斜穿孔隔板。

现在参考图10A-10B、11A-11B和12A-12B，其示出了具有可移动和/或可倾斜穿孔隔板的反应器的一些实施例。根据本申请的生物反应器的一些实施方案，图10A-10B是说明表示包括可变形穿孔隔板的生物反应器的两种不同状态的示意性部分横截面图隔板。

根据本申请的生物反应器的一些实施方案，图11A-11B是说明包括弯曲穿孔隔板的生物反应器的两种不同状态的示意性部分横截面图隔板。根据本申请的生物反应器的一些实施方案，图12A-12B是说明包括可倾斜的穿孔隔板的生物反应器的两种不同状态的示意性部分横截面图隔板。应注意，为了清楚说明，图10A-10B、11A-11B和12A-12B的示意图仅示出了生物反应器的壁的一般形状以及其中包括的可移动或可变形或可倾斜或弯曲的穿孔隔板的形状和布置以及与穿孔隔板相关的收获口的形状和布置。隔板并且不显示生物反应器或生物反应器系统的任何其他组件的任何细节(例如，生物反应器的壁中的各种开口、传感器单元、流体入口端口、流体出口端口、排放端口、收获口、加热单元、冷却单元、流体叶轮、气体分散头、阀门、泵、控制器、可自密封垫圈、流体歧管或任何其他部件)，这些对于理解生物反应器所示的穿孔隔板的形状并不重要。本领域技术人员将理解，图10A-10B，11A-11B和12A-12B中未示出的任何此类部件都是可以包括在如图10A-10B，11A-11B，12A-12B和13所示的任何生物反应器中的任何非互斥组合和/或排列中。如本文详细公开的并如附图所示。

现在转到图10A-10B，生物反应器910具有容器壁910A，可变形的穿孔隔板912固定且密封地连接到容器壁910A，将生物反应器910内的空间分成第一腔室914A和第二腔室914B。可变形穿孔隔板912包括如上文详细公开的多个穿孔，并允许生长培养基2双向穿过(从第一腔室914A到第二腔室914B，反之亦然)但阻止细胞或生物通过其中，如上文详细公开的那样。根据一些实施例，隔板穿孔隔板912可以由对于细胞或微生物的生长而言是生物相容性的材料制成，并且也是柔性的或可变形的，使得施加到穿孔隔板912的力可以使其形状变形。

生物反应器910还包括收获口927，其是包括阀923的中空构件。收获口927密封地附接到可变形穿孔隔板912并且在表面912A处开口到第二腔室914B中。收获口927密封地穿过容器壁910A以离开生物反应器910。收获口927是中空构件，其具有设置在第一腔室914A内的第一刚性(不可移动)部分(或部)927A。第一刚性部分927A密封地穿过容器壁910A并离开生物反应器910外部。第一刚性部件927A中具有阀923，用于打开或关闭收获口927。根据一些实施例，收获口927还包括第二柔性和/或可压缩部分(或部)927B，其在其一端密封地附接到第一部分927A。柔性和/或可压缩部分927B和刚性部分927A连接在一起以形成在柔性部分927B的端部处通向第二腔室914B的中空构件，该柔性部分927B密封地附接到可变形穿孔隔板912并且在表面912A处开口。

应注意，虽然在本申请的一些实施例中公开的收获口在穿孔隔板的上表面处是开放的，但是替代实施例可以包括收获口，该收获口在其通过薄密封膜(未示出)连接到穿孔隔板的端部处封闭或密封。在这样的实施方案中，当收获口需要用于从生物反应器的第二腔室收集细胞时，密封膜被配置为通过将尖锐的无菌线状器械插入收获口并刺穿密封膜而破裂。或者通过将尖锐的无菌器械插入生物反应器顶部的任何开口进入第二腔室并破裂密封膜。如本领域中已知的，任何其他机械或磁性装置也可用于破裂这种密封的收获口的密封膜。

根据一些实施例，生物反应器910包括附接到第二可压缩(或柔性部分)927B的磁性构件915，如图10A-10B中所示。或者，根据生物反应器910的又一个实施例，磁性构件915被配置成附接到可变形穿孔隔板912，在一些实施例中，附接在穿孔隔板912的中心部分附近(图10A-10B中未示出)。磁性构件915构造(任选地)成形为由永久磁化材料制成的环形构件。

例如，磁性构件915可以由FeNdB(铁钕硼)永磁体、钐钴永磁体或本领域已知的任何其他磁性或顺磁性材料制成，例如铁。如果需要，磁性构件915可以涂覆或嵌入生物相容性材料中，例如生物相容性塑料或任何合适的生物相容性聚合物基材料、生物相容性陶瓷层或任何其他合适的生物相容性材料以及(在一些实施例中)可消毒的材料。

现在转到图10B，当需要从生物反应器910收获细胞3时，一定量的生长培养基2可以通过合适的出口从生物反应器910的第一腔室914A排出(为了清楚说明，图10A-图10B中未示出，但类似于图1的出口27或图3的出口227)，如上所述，用于将细胞3浓缩在剩余的生长培养基2中。然后可以将强磁体M适当地放置在生物反应器910附近，如图10B所示。磁体M可以是本领域已知的任何合适的永磁体或电磁体。在生物反应器910附近放置磁体M施加由箭头F表示的指向磁体M的磁力。该力向下拉动第二部分927B，使得附接到第二可压缩部分927的可变形穿孔隔板912也被下拉而变形。

当磁力作用在第二可压缩(或柔性或可缩短)部分927B上时，第二可压缩部分927被压缩使得其长度缩短，允许附接到第二部分927B的穿孔隔板912的部分向下移动，使穿孔隔板的形状变形为变形状态(如图10B所示)。可变形穿孔隔板912的变形导致穿孔隔板912呈现略微弯曲的形状，使得处于变形状态的穿孔隔板912的上表面912A几乎可类似于抛物面表面。

回到图10A，示出了生物反应器910，其中可变形穿孔隔板912处于平坦的非变形状态。在该非变形状态下，穿孔隔板912的上表面912A基本上是平面的(平坦的)。在这种状态下，细胞3可以在第二腔室914B中生长，如上文公开的其他生物反应器实施方案详细描述的。

现在回到图10B，示出了生物反应器910，其中可变形穿孔隔板912处于变形状态。在该变形状态下，穿孔隔板912的上表面912A是弯曲表面。在该变形状态下，通过打开收获口927的阀923并将悬浮在生长培养基2中的细胞3收集到如上所述的收集容器511中，可以收获悬浮在生长培养基2中的浓缩细胞3。与具有固定(不可移动)平坦(平面)的穿孔隔板的生物反应器(例如，图2的生物反应器110)中的收获细胞的产量相比，变形穿孔隔板912的弯曲形状的凹表面912A可以有利地增加收获细胞的产量。

现在转到图11A-11B，生物反应器1010具有容器壁1010A。弯曲穿孔隔板1012固定且密封地附接到容器壁1010A，将生物反应器1010内的空间分成第一腔室1014A和第二腔室1014B。弯曲穿孔隔板1012包括如上文详细公开的多个穿孔，并允许生长培养基2双向穿过(从第一腔室1014A到第二腔室1014B，反之亦然)但阻止细胞或微生物通过其中。如上文详细公开的那样。根据一些实施例，弯曲穿孔隔板1012可由刚性但易弯曲的材料制成，该材料对于细胞或微生物的生长是生物相容的。

根据一些实施例，弯曲穿孔隔板1012的周边密封地附接到容器壁1010A，使得在弯曲穿孔隔板的第一稳定状态下(如图11A所示)，穿孔隔板1012的形状为凸形，并且多孔隔板1012的面向生物反应器1010的顶部1010C的上表面1012A是凸面。根据一些实施例，如果将足够大小的力施加到弯曲穿孔隔板1012，则弯曲穿孔隔板112将翻转到第二稳定状态(图11B中所示)。与图11A中的隔板(1012)相比，图11B中的隔板(1012)隔板朝向生物反应器容器的底部倾斜一点。在穿孔隔板1012的第二状态中，穿孔隔板1012是凹形的，并且穿孔隔板1012的面向生物反应器1010的顶部1010C的上表面1012A是凹面。

根据一些实施例，弯曲穿孔隔板1012被配置成使得其处于双稳态构造，其中弯曲穿孔隔板的两个稳定状态之间的过渡需要向穿孔隔板1012施加足够的力。根据一些实施例，生物反应器910还包括收获口927，其是包括阀923的中空构件。收获口927密封地附接到弯曲穿孔隔板1012并且在上表面1012A处开口到第二腔室1014B中。收获口927密封地穿过容器壁1010A以离开生物反应器1010。收获口927是中空构件，其具有设置在第一腔室1014A内的第一刚性(不可移动)部分(或部)927A。

根据一些实施例，第一刚性部分927A密封地穿过容器壁1010A并且离开生物反应器1010外部。第一刚性部件927A中具有阀923，用于打开或关闭收获口927。根据一些实施例，收获口927还包括第二柔性和/或可压缩部分(或部分)927B，其在其端部处密封地附接到第一部分927A。根据一些实施例，柔性和/或可压缩部分927B和刚性部分927A连接在一起以形成在柔性部分927B的端部处通向第二腔室1014B的中空构件，该柔性部分927B密封地附接到弯曲穿孔隔板1012，并在其表面1012A处打开。

根据一些实施方案，生物反应器1010包括磁性构件1015。磁性构件1015被配置成(可选地)具有附接到可变形穿孔隔板1012的环形磁性构件，如图11A-11B所示。或者，根据生物反应器1010的又一个实施例，磁性构件1015被配置为附接到收获口927的第二可压缩(或柔性)部分927B(该实施例未在图10A-10B中示出)。然而，磁性构件1015可以具有任何其他形状，其适于向弯曲穿孔隔板或收获口927的第二可压缩(或柔性)部分927B施加适当向下的力(取决于在上面公开的不同替代实施例中磁性构件1015所附接的部分)。

根据一些实施例，磁性构件1015可以由永久磁化材料制成，或者由顺磁性材料制成，或者由如上文详细公开关于磁性构件1015的任何其他可磁化材料制成。如果需要，磁性构件1015可涂覆或嵌入生物相容性材料，例如生物相容性塑料或任何合适的生物相容性聚合物基材料、生物相容性陶瓷层或任何其它合适的生物相容性材料和(在一些实施例中)可消毒材料，如在上文中关于磁性构件915所公开的。

现在转到图11B，当需要从生物反应器1010收获细胞(未示出)时，可以如上所述从生物反应器1010的第一腔室1014A通过合适的出口(为清楚起见，未在图11A-11B中示出，但类似于图1的出口27或图3的出口227)排出一定量的生长培养基(未示出)，用于将细胞浓缩在剩余的生长培养基中。

根据一些实施例，磁体M被配置成然后适当地放置在生物反应器1010附近，如图11B所示。磁体M可以是本领域已知的任何合适的永磁体或电磁体，如在上文中关于图10B所详细公开的。将磁体M置于生物反应器1010附近在磁性构件1015上施加由箭头F指向磁体M表示的磁力，该力沿着箭头F所示的方向向下拉动弯曲穿孔隔板1012。根据一些实施例，磁力的大小足以使弯曲穿孔隔板1012从第一稳定(凸起)状态翻转到第二稳定(凹入)状态(如图11A-11B所示)。根据一些实施例，当穿孔隔板1012从第一状态翻转到第二状态时，弯曲穿孔隔板1012的中心部分向下移动并使第二可压缩部件927B被压缩，使得部件927B的长度缩短。允许附接到第二部分927B的弯曲穿孔隔板1012的部分向下移动。

根据一些实施例，弯曲穿孔隔板1012从第一状态到第二状态的翻转还可以使用拉绳(未示出)或垂直杆状推/拉构件(未示出)机械地实现隔板，其被配置为其一端连接到弯曲穿孔隔板1012端，同时其第二端密封且可滑动地穿过设置在生物反应器1010的顶部1010C中的开口(未示出)中合适的密封垫圈(未示出)。

根据一些实施例，当弯曲穿孔隔板1012处于第一状态时，向下推动这种推/拉构件被配置为将弯曲穿孔隔板1012从第一状态翻转到第二状态。然而，本领域技术人员将理解，可以使用任何其他机械或磁性或电磁机构或这些机构的组合来将弯曲穿孔隔板从第一状态翻转到第二状态以及所有这样的机构或机构的组合被认为包括在本申请的实施例的范围内。

在图11B示出了弯曲穿孔隔板1012处于第二稳定状态的生物反应器1010。在该第二状态中，弯曲穿孔隔板1012的上表面1012A是凹的弯曲表面。在这种状态下，通过打开收获口927的阀923并将细胞悬浮液收集到收集容器(未示出)中，可以如上所述收获悬浮在第二腔室1014B内的生长培养基(未示出)中的浓缩细胞(未示出)。根据一些实施例，与具有固定(不可移动)的平坦穿孔隔板的生物反应器(例如，图2的生物反应器110)中收获的细胞产量相比，处于第二稳定状态的弯曲穿孔隔板1012的凹面1012A可有利地增加收获细胞的产量。

现在转到图12A-12B，生物反应器1110具有容器壁1110A。可倾斜的穿孔隔板1112密封地附接到容器壁1110A，将生物反应器1110内的空间分成第一腔室1114A和第二腔室1114B。可倾斜穿孔隔板1112的周边密封地附接到柔性和/或可变形和/或可拉伸的环形构件1113。通常，环形构件1113中没有任何穿孔。环形构件1113可以由柔性或柔韧和/或可拉伸材料制成，例如橡胶或乳胶或柔性聚硅烷基薄材料，并且还可密封地附接到生物反应器1110的容器壁1110A。在一些实施方案中，环形构件对细胞3和生长培养基2都是不可渗透的。

可倾斜的穿孔隔板1112在其中具有多个穿孔，如上文详细公开的，并且允许生长培养基2双向穿过(从第一腔室1114A到第二腔室1114B，反之亦然)但阻挡细胞或微生物的通过，如上文详细公开的那样。根据一些实施例，穿孔隔板1112可以(任选地)由刚性或硬性材料制成，该材料对于细胞或微生物的生长是生物相容的。

根据一些实施方案，生物反应器1110还包括收获口1127，其是包括阀门1123的中空构件。收获口1127的第一端1127A设置在第一腔室1114A内并密封地连接到环形构件1113，使得端部1127A通过环形构件1113的上表面1113A上的开口1113B通向第二腔室1114B。收获口1127密封地穿过容器壁1110A以离开生物反应器1110。收获口1127是中空构件。收获口1127的第二端1127B设置在生物反应器1110的外部，并且在其中包括用于打开或关闭收获口1127的阀1123。

根据一些实施方案，生物反应器1110还包括磁性构件1115。磁性构件1115被配置成(可选地)是条形磁性构件，其在穿孔隔板1112的周边附近处附接到穿孔隔板1112，如图12A-12B所示。然而，磁性构件1115可以具有适合于向可倾斜穿孔隔板1112施加适当向下的力的任何其他形状。当没有力施加到可倾斜穿孔隔板1112时，穿孔隔板1112是水平的或接近水平的，如图12A所示。

根据一些实施例，磁性构件1115可以由永久磁化材料制成，或者由顺磁性材料或铁磁性材料制成，或者由任何其他可磁化材料制成，并且可以(任选地)涂覆或嵌入生物相容性材料中，如上关于磁性构件915所详述的。

转到图12B，当需要从生物反应器1110收获细胞3时，可以如上所述通过合适的出口(为了清楚说明，未在图12A-12B中示出，但类似于图1的出口27或图3的出口227)从生物反应器1110的第一腔室1114A排出一定量的生长培养基(未示出)，用于将细胞浓缩在剩余的生长培养基2中。如图12B所示，磁体M可以适当地放置在生物反应器1110附近。磁体M可以是本领域已知的任何合适的永磁体或电磁体，如上文中关于图10B所详细公开的。

根据一些实施例，将磁体M置于生物反应器1110附近使得在磁性构件1115上施加由箭头F表示的指向磁体M的磁力。该磁力将穿孔隔板1112与磁性构件连接的侧面1112B沿着箭头F表示的方向向下拉。由于施加的磁力F，穿孔隔板1112倾斜，使得穿孔隔板1112的侧面1112B低于穿孔隔板1112的侧面1112A。

在图12B中，示出了在应用由磁体M施加磁力到磁性构件1115之后具有倾斜状态的穿孔隔板1112的生物反应器1110。在该倾斜状态下，通过打开收获口1127的阀1123并将细胞悬浮液收集到如上所述的收集容器(未示出)中，可以收获悬浮在第二腔室1114B内的生长培养基2中的浓缩细胞3。与具有固定(不可移动)平坦(平面)穿孔隔板(例如，图2的生物反应器110)的生物反应器中的收获的细胞产量相比，可倾斜穿孔隔板1112的倾斜(相对于水平线)可有利地增加收获细胞的产量。

应注意，在操作本申请的生物反应器和生物反应器系统期间，可通过灌注(通过如详细公开的再循环不断更换培养基)或通过补料分批(添加特定的营养物质至生长培养基2)或通过分批(如果需要，定期更换生长培养基或部分生长培养基)来供应液体(例如生长培养基)。

根据一些实施方案，在收获在本申请的生物反应器中生长的细胞/微生物期间，可能需要进一步浓缩正在收获的细胞。可以在不需要在生物反应器外部执行额外动作(例如，在离心机中离心)的情况下实现这种浓缩，在生物反应器外部执行额外动作通过使用连接到收获口的内联浓缩过滤器而不利地增加污染收获的细胞的可能性。

根据一些实施方案，可以通过用本领域已知的洗涤缓冲液替换生长培养基2来进行生物反应器中细胞的洗涤。可以通过从生物反应器中排出生长培养基2并用新的洗涤缓冲液填充生物反应器数次来进行生长培养基2的更换。根据一些实施方案，可以通过使用包括在任何生物反应器的第一(下)室中的任何排放口(例如，图1的生物反应器10的出口27，或图3的生物反应器210的出口227)，或者通过使用开口进入第二(上)室的输出口(例如，图2的生物反应器110的出口126D)，该第二(上)室包括在允许控制生物反应器中的第二腔室中的生长培养基的水平的生物反应器实施方案中。

根据一些实施方案，本申请的生物反应器配置为允许细胞分离和/或细胞选择。通过使用本领域熟知的磁珠方法，可以在生物反应器的一些实施方案的第二腔室内进行细胞分离，例如磁珠结合或抗体结合。根据一些实施方案，磁珠(例如，磁性细胞特异性抗体包被的珠子可以通过生物反应器顶部的任何可闭合开口插入第二腔室中(例如通过图2的生物反应器110的开口110E)。根据一些实施方案，一旦细胞与珠子结合，可以通过使用本领域公知的磁体收集珠子，或者通过使用适于在珠子尺寸和细胞之间进行选择的大过滤器来收集珠子。这种过滤器可以是基于过滤器孔径的阳性或阴性选择器。例如，附着在珠子上的细胞不会通过过滤器，而没有附着在珠子上的天然细胞将通过过滤器中的孔。

任选地，根据一些实施方案，过滤器配置成对珠子具有亲和力，并且可以保持珠子和附着在过滤器上的珠子上的细胞，同时允许未附着的细胞通过过滤器。或者，可以使用“茶袋”形状的外壳，其包围涂有细胞特异性抗体的珠子，其允许未结合的细胞通过“茶袋”中的孔自由通过但保留任何抗体包被的珠子和结合到“茶包”里面珠子的细胞。根据一些实施方案，细胞可以通过“茶袋”膜，但珠子更大并且留在袋子中。根据一些实施方案，附着于珠子的细胞可以保留在“茶袋”中并从生物反应器中取出或者可以根据预期用途和应用保留。

根据一些实施方案，生物反应器可进一步包括在其上室(在图6A中示出)中的3D中空容器(例如但不限于柱状容器560)，其配置成用于细胞分选；对于非限制性实例，用磁珠沉淀CAR-T细胞。

在一些实施方案中，上室(第二腔室)配置成包含固定的基质和/或珠子，以选择具有特定结合活性的细胞或微生物。在一些实施方案中，包含在流体中的细胞或微生物，例如但不限于生长培养基或洗涤介质，可以循环通过包含固定的基质或珠子的内部3D容器。在一些实施方案中，容器壁允许细胞和培养基流入和流出容器，但是不允许从容器中排出与珠子或固定化基质结合的珠子和细胞。在一些实施方案中，容器包含固定的基质。

在一些实施方案中，珠子在其表面上包含亲和分子。在一些实施方案中，亲和分子包含多肽或其部分或肽或碳水化合物结合分子。在一些实施方案中，亲和分子包含抗体、生物素、抗生物素蛋白、受体或其部分、凝集素(agglutinin)、凝集素(lectin)、或细胞或微生物可结合的本领域已知的任何其他分子。在一些实施方案中，珠粒包含磁珠。在磁体的情况下，通过将磁体定位在容器附近并将附着在容器中的磁珠上的阳性细胞保持在容器中，同时使阴性细胞循环回来，可以将磁珠保留在容器中。

在一些实施方案中，固定的基质在其表面上包含亲和分子。在一些实施方案中，亲和分子包含多肽或其部分或肽或碳水化合物结合分子。在一些实施方案中，亲和分子包含抗体、生物素、抗生物素蛋白、受体或其部分、凝集素(agglutinin)、凝集素(lectin)、或细胞或微生物可结合的本领域已知的任何其他分子。

在一些实施方案中，细胞通过容器，其中如果细胞或微生物具有与珠子或固定化基质上存在的表面标记物的结合配偶体，则细胞可以结合珠子或固定化基质的表面并保留在容器中。

在一些实施例中，容器包括“茶袋”类似结构，其中侧面被配置为柔性的。

根据一些实施方案，可以将诸如Retro-Nectin的材料添加到隔板或亲和基质中，以增强通常用于CAR T的病毒(例如retor或lenti病毒)的感染率。根据一些实施方案，隔板和/或亲和基质可以用相关抗体包被。

细胞(例如T细胞)的活化可以通过向生长培养基2中添加细胞因子和活化信号或通过将T细胞与可以粘附到穿孔隔板或任何其他类型的合适隔板或者粘附到合适的载体类型或粘附在“茶叶袋”上或漂浮在“茶叶袋”中或在磁珠上的细胞因子分泌细胞共培养来实现，如上所述。另外，T细胞的活化可以通过将T细胞与抗原呈递细胞共培养来进行，如本领域已知的。应注意，不同类型细胞的共培养不仅限于细胞活化。对于非限制性实例，抗CD3/CD28缀合的珠子也可用于激活T细胞。在另一个非限制性实例中，抗CD3和抗CD28抗体也可用于激活T细胞。

根据一些实施方案，本申请的生物反应器配置成还用于共培养其他类型的细胞以实现其他结果。例如，当培养胚胎干细胞时，本申请的生物反应器也被配置成也用于将胚胎干细胞与饲养细胞(例如，成纤维细胞)共培养，该饲养细胞可以释放维持干细胞生长和增殖和/或诱导干细胞分化所必需的物质和/或因子到生长培养基。

应注意，为了提高收获效率，上文公开的生物反应器的整个第二(上)室或包含在这种生物反应器内的穿孔隔板的上表面可以通过生长培养基洗涤，其可以从第二腔室的顶部或底部灌注或添加到生物反应器的第二腔室中(例如，通过生物反应器110的开口110E添加生长培养基，或通过图1的生物反应器10的顶部10C处的开口10G，或通过使用装有无菌生长培养基2的注射器通过图3的生物反应器210的自密封垫圈211注入生长培养基)。如上所述，第二腔室和/或穿孔隔板的壁的这种清洗可导致将细胞推向开口进入生物反应器的第二(上)腔室的任何收获口的开口。

根据一些实施方案，在本申请中公开的生物反应器内生长的细胞可以在线计数并通过使用具有圆锥形浓缩过滤器的循环回路进行浓缩以允许体积减小。可以通过间接测量来执行细胞计数，例如通过使用电容测量、光密度测量和/或本领域公知的其他光学传感器。

根据一些实施方案，本申请的生物反应器配置成允许在附着表面(例如载体填充床)上或甚至在穿孔隔板上方的全体表面上培养粘附细胞。如本领域所熟知的，可以酶促地进行附着于穿孔隔板的细胞的分离。这种酶处理也可以与用生长培养基或洗涤缓冲液冲洗附着表面和/或对附着表面施加振动相结合。

现在参考图13，其是说明根据本申请的生物反应器的实施方案的生物反应器系统的示意性部分横截面图，所述生物反应器系统包括具有穿孔隔板和细胞载体基质的生物反应器。在图13中呈现的元件的描述在下文中没有具体详述，在上面图1的描述中给出。

生物反应器系统1250类似于图1的生物反应器系统50，除了生物反应器系统1250的生物反应器10还包括设置在第二腔室14B内的支撑基质1260。虽然系统1250的支撑基质1260仅占据浸没在生长培养基2内的体积的一部分，但是在生物反应器系统的其他实施例中，支撑基质被配置为延伸到生长培养基2的表面2A并且可以也朝向穿孔隔板12的上表面12A向下延伸。支撑基质1260占据的体积尤其可以取决于具体应用、细胞支持基质1260对生长培养基2的流动的阻力、所需细胞或微生物的最终量和其他考虑因素。

根据一些实施方案，本申请的生物反应器系统1250配置成允许在附着表面上培养粘附细胞，例如细胞载体基质填充床或甚至在穿孔隔板上方的全部表面。根据一些实施方案，细胞支持基质1260的填充床配置成定位在生物反应器10的穿孔隔板12上方，允许生长培养基(或其他溶液)循环通过固定(或移动性较小)细胞支持基质1260。用于供给附着于细胞支持基质1260的表面的细胞。

这种布置使得附着于细胞支持基质1260的细胞能够持续进料，从而允许高密度细胞培养，具有高表面体积比和非常低的剪切力，同时不断地喂养细胞3。这种细胞支持基质1260尤其可以包括织造和非织造纤维、静电纺丝网、塑料珠、塑料表面、可生物降解的材料(例如藻酸盐)或具有二维和/或三维表面的任何其它合适的基质或载体，如本领域所熟知的。

根据一些实施方案，一旦需要收获附着于细胞支持基质1260的细胞，细胞3可以酶促地从细胞支持基质1260的填充表面分离，如本领域所熟知的。酶处理可以与生长培养基或洗涤缓冲液冲洗附着表面和/或表面振动结合以促进粘附细胞的分离。

根据一些实施方案，粘附细胞的酶促分离可以通过向生长培养基2中添加一种或多种酶并将粘附细胞在含酶生长培养基中孵育规定的时间段来进行。可用于进行细胞分离的酶可包括但不限于蛋白酶(例如胰蛋白酶、胃蛋白酶或木瓜蛋白酶)或合适的胶原酶，或胶原酶和蛋白酶的任何组合。一旦从附着表面收获细胞，就可以如前所述进行细胞的洗涤和处理。

此外，根据本申请的生物反应器的一些实施方案，本文公开的任何生物反应器的第二(上)室配置成还包括与上述公开的细胞支持基质1260类似的细胞支持基质，其被配置为通过生物反应器顶部可用的任何开口(例如，通过图2的生物反应器110的可关闭开口110E)引入第二腔室。虽然在本文公开的生物反应器中培养非粘附细胞，其中细胞悬浮在生长培养基中并且通常不粘附到表面，但是本文公开的生物反应器也被配置成也用于培养需要一些表面或基质以供粘附的粘附细胞。虽然这种粘附细胞可以粘附到生物反应器的穿孔隔板上，但是可能需要增加这种粘附细胞可用的表面积以增加细胞产量。因此，根据本申请的生物反应器的一些实施方案，本文公开的任何生物反应器配置成包括设置在生物反应器的第二腔室内的合适的细胞支持基质。

根据一些实施方案，细胞支持基质可以是本领域已知的可供细胞粘附的任何类型的细胞支持基质。例如，细胞支持基质可包括基于胶原的基质、编织和非编织纤维、电纺丝网、塑料(聚合物基)珠、塑料(聚合物基)颗粒表面、可生物降解的材料(例如藻酸盐)，任何具有高的表面积/体积比的二维和/或三维表面的胶原或任何其它合适的基质或细胞载体的类型，如本领域所熟知的。

应注意，本申请中公开的生物反应器和生物反应器系统被配置成用于许多不同的应用，包括培养微生物如细菌或任何其他单细胞或多细胞微生物，任何类型的分离的活细胞，包括但不限于来自昆虫的活细胞、无脊椎动物的活细胞、脊椎动物的活细胞、活的哺乳动物细胞和各种不同类型的人细胞。上文公开的生物反应器和生物反应器系统的各种实施方案的总体积、形状和其他组分和/或特征被配置为按比例缩放并适应于每种特定应用。

根据一些实施方案，生物反应器1250被配置成用于共同培养需要共培养的粘附和非粘附的悬浮细胞，其中粘附细胞附着于细胞支持基质1260并且悬浮的非粘附细胞是悬浮在穿孔隔板12上方并且在细胞支撑基质1260下方的培养基中。例如，生物反应器1250或含有细胞支持基质的任何其他生物反应器被配置用于培养胚胎干细胞，所述胚胎干细胞是悬浮的非粘附细胞，其具有饲养细胞，例如粘附的成纤维细胞。

生物反应器和生物反应器系统的一个示例应用是用于细胞疗法的细胞的生长。细胞疗法是一种不断发展的行业，其中细胞被用作治疗剂。细胞可以从自体来源(来自患者)或同种异体来源(不同的个体供体)获得。在使用自体细胞的情况下，例如免疫细胞疗法(使用T细胞，和/或B细胞和/或树突细胞，和/或天然杀伤细胞)和/或间充质干细胞。治疗剂量范围可以从几百万个细胞到几十亿个，通常以几升(1-20L)的体积培养。在异体治疗中，治疗剂的生物制造可以达到每个生物反应器高达数千个升的体积。

在本申请的生物反应器的一些实施方案中，提供适应性培养(使用可变培养基水平)，其允许增量体积变化，培养基灌注和更新以及高密度培养(例如但不限于图2的生物反应器20)，与现有技术的生物反应器相比，工作体积和生物反应器尺寸可以有利地显著降低约2-100倍。例如，总体积在1-2升范围内的典型生物反应器可用于培养自体治疗所需的细胞。这种相对较小的生物反应器体积可以允许数十亿个细胞的生长。

根据一些实施方案，通过允许在同一工作空间中使用许多小型生物反应器，允许许多小型生物反应器共享共同服务(例如，通过共享中央供氧空间，共享其他设施，例如计算机、控制器和/或工作空间温度控制装置和空调装置以及其他可共享装置和系统)，使用本申请的相对小的生物反应器的能力可以有利地节省空间并显著降低设施中的操作成本。

值得注意的是，在用于同种异体培养(该培养需要较大生物反应器体积)的较大生物反应器中也可以获得类似的工作空间减少和成本节省。这种同种异体细胞培养可能需要使用本申请中公开的生物反应器的实施方案，其具有10-1000升的生物反应器体积(具有典型的示例性但非强制性的生物反应器体积为约100升)。

应注意，在培养同种异体细胞和/或自体细胞的两种应用中的所有上述公开的生物反应器体积范围仅作为实例给出并且不是强制性的。因此，具有比上述范围更大或更小的体积的生物反应器也可以用于某些应用中，并且包括在本申请的生物反应器的体积范围内。例如，在一些应用中，例如，培养藻类、细菌或其他微生物以获得生物燃料或其他产品，本申请的任何生物反应器的体积被配置为按比例放大至远高于1000升的体积。

根据一些实施方案，使用上述生物反应器的上述洗涤方法可以应用于任何提供的细胞团，即使最初在不同的生物反应器中孵育。

根据一些实施方案，如上所述的生物反应器的设计被配置成允许以非常温和和有效的方式洗涤和配制细胞，而不需要打开生物反应器室或干扰生物反应器室。

根据一些实施方案，如上所述的生物反应器的设计被配置为允许在改变体积、进料方案、活化、操作、洗涤和配制的情况下连续、最佳和适应性细胞培养，所有这些都在具有最小剪切力施加于细胞团的封闭且自动化的生物反应器中进行。

应理解，本文公开的生物反应器及其系统的某些特征，为了清楚起见，在单独的实施方案的上下文中描述，也可以在单个实施方案中组合提供。相反，为了简洁起见，在单个实施方案的上下文中描述的本文公开的生物反应器及其系统的各种特征也可以单独提供或以任何合适的子组合提供，或者适合于任何其他描述的实施方案。本文公开的生物反应器及其系统。在各种实施例的上下文中描述的某些特征不被认为是那些实施例的必要特征，除非该实施例在没有那些因素的情况下不起作用。

尽管已经结合本发明的具体实施方案描述了本文公开的生物反应器及其系统，但显然许多替代、修改和变化对于本领域技术人员而言是显而易见的。因此，旨在涵盖落入所附权利要求的精神和广泛范围内的所有这些替代、修改和变化。

本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请均通过引用整体并入本说明书中，其程度如同每个单独的出版物、专利或专利申请被具体和单独地指出通过引用并入本文。另外，本申请中任何参考文献的引用或标识不应被解释为承认这种参考可作为本文公开的本发明生物反应器及其系统的现有技术。在使用章节标题的范围内，它们不应被解释为必然限制。

如本文所用，除非上下文另有明确说明，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代。例如，术语“化合物”或“至少一种化合物”可包括多种化合物，包括其混合物。

在整个本申请中，各种实施例可以以范围格式呈现。应当理解，范围形式的描述仅仅是为了方便和简洁，并且不应该被解释为对范围的不灵活限制。因此，应该认为范围的描述已经具体公开了所有可能的子范围以及该范围内的各个数值。例如，应当认为对诸如1至6的范围的描述具有特定公开的子范围，例如1至3、1至4、1至5、2至4、2至6，3至6等，以及在该范围内的个别数字，例如，1、2、3、4、5和6。无论范围的广度如何，这都适用。

无论何时在本文中指示数值范围，其意图包括在所指示范围的的任何数字(分数或积分)。短语“范围为/范围介于”第一指示数字和第二指示数字以及“范围为/范围从”第一指示数字“至”第二指示数字在本文中可互换使用，并且意味着包括第一和第二指示数字以及它们之间的所有分数和整数数字。

本领域技术人员将理解，术语“培养基”在一些实施方案中可包括适于培养细胞(真核或原核细胞)或任何其他类型的单细胞或多细胞微生物的任何类型的生长培养基。在一些实施方案中，术语“培养基”包括用于细胞或微生物加工的任何类型的溶液，包括但不限于洗涤缓冲液、营养缓冲液、酶混合物、选择溶液和最终制剂溶液。

如本文所用，在一个实施方案中，术语“约”是指±10％。在另一个实施方案中，术语“约”是指±9％。在另一个实施方案中，术语“约”是指±9％。在另一个实施方案中，术语“约”是指±8％。在另一个实施方案中，术语“约”是指±7％。在另一个实施方案中，术语“约”是指±6％。在另一个实施方案中，术语“约”是指±5％。在另一个实施方案中，术语“约”是指±4％。在另一个实施方案中，术语“约”是指±3％。在另一个实施方案中，术语“约”是指±2％。在另一个实施方案中，术语“约”是指±1％。

如本文所用，术语“任选地”包括“在一些实施方案中提供并且在其他实施方案中未提供”的某些元素的含义。除非这些特征冲突，否则这里公开的任何特定实施例可以包括多个“可选”特征。

通过研究以下实施例，本领域普通技术人员将清楚本文公开的其它目的、优点和新颖特征，这些实施例并不旨在于限制。另外，如上文描述的和如下面的权利要求部分所要求保护的本文公开的各种实施方案和方面在以下实施例中找到实验支持。

实施例

在以下实施例中使用的生物反应器系统包括图14A中示意性地示出的生物反应器，其包括类似于图1中所示的生物反应器。穿孔隔板为直径50cm²，厚度1微米的圆形。上腔室具有圆锥形状和120cm²顶部。生长室(上室)的总体积为250ml。这里使用的术语“足迹”是指较低的穿孔隔板表面积和总腔室面积。

用于举例说明生物反应器使用和有效性的细胞是T淋巴细胞，但这绝不应该被认为是限制性的。

实施例中使用的流速为每分钟约2-3mm。这是所用细胞的流速的代表性实施方案，其中技术人员将理解，流速可根据使用的细胞而改变。因此，实施例中使用的流速决不应被认为是限制性的。例如，技术人员将理解，当培养较大的细胞，例如间充质干细胞(MSC)时，流速可达到每分钟10mm，对于甚至更大的细胞，例如巨噬细胞，流速可达到20mm(数据未显示)。

实施例1：高密度细胞培养物的培养

目的：高密度培养细胞。

方法：

细胞(T细胞淋巴细胞)在50平方厘米的穿孔隔板系统上与150ml培养基一起培养7天，从这些细胞的最大已知细胞密度(每毫升约4百万个细胞)开始。基于本领域的知识，该密度是通常传代这些细胞然后维持在每毫升1百万个细胞的密度。灌注培养基使得使用的总培养基增加，但室中培养基的体积保持在150ml。

结果：

表1：

数据显示，使用本文公开的生物反应器，细胞以这些细胞的正常预期密度(1×10⁶/ml)的24倍以上的密度(细胞/ml)生长。类似地，数据显示在生物反应器系统中生长的细胞具有50cm²的足迹，其开始于每平方厘米1330万(与报道的最大值10×10⁶/cm²相反)。使用本文所述的生物反应器导致每cm²具有73.6×10⁶个细胞。

结论：细胞可以使用包含非常小的足迹(50cm²)的培养系统的生物反应器高密度生长。因此，该生物反应器提供了一种系统，该系统允许在改变体积和进料方案时进行最佳和适应性细胞培养，允许以最小剪切力按照封闭的自动方式活化、操作、进料、洗涤和配制细胞(也参见实施例2-3)。培养和收集细胞分别不需要额外的细胞培养箱或离心机。

实施例2：比较细胞培养物：生物反应器vs.组织培养烧瓶

目的：将包含50cm²穿孔隔板的生物反应器中的培养细胞与组织培养瓶中的培养细胞进行比较。

方法：

将细胞(T细胞淋巴细胞)在如下相同的培养皿中培养14天：在具有灌注的50cm²隔板穿孔隔板生物反应器系统中，或在没有更换培养基的T75烧瓶中，或在每4天更换培养基的T75烧瓶中。

结果：

图14B-14C显示来自两个代表性培养实验的生长曲线，显示细胞可以在具有50cm²穿孔隔板的生物反应器系统中连续生长，而无需更换培养基(倒出/倒出完全交换)，通过或改变容器。此外，在封闭的连续生物反应器系统(黄色)中生长的细胞继续增殖至少14天，并且实现总细胞数为1,633,996,000个细胞，而没有培养基更换的T75烧瓶(灰色)中仅有约4,3200,000个细胞，并且有培养基更换的T75烧瓶(蓝色)中只有约300,000,000个细胞。基于在一周后生物反应器中细胞的生长超过烧瓶中的细胞的事实，使用14天的时间范围。细胞可以在生物反应器中培养超过两周(数据未显示)。

结论：

在本文所述的生物反应器系统中培养细胞比在培养基更换的烧瓶中培养细胞更有效。

实施例3：生物反应器中生长的细胞的加工

目的：细胞(或微生物)的处理包括洗涤细胞、更换培养基和浓缩细胞。这些步骤在现有技术中通常通过反复离心和造粒细胞来完成。本领域已知有两种额外的技术用于替换培养基，也就是TFF(切向力过滤)离心和逆流离心机。该实施例的目的是检测从如本文所公开的生物反应器中回收细胞，包括回收的细胞的存活力。

方法：

在所使用的生物反应器系统中(在图15A中示出)，为了洗涤细胞并替换生长培养基，从生物反应器容器(下室1550)的底部向上灌注洗涤缓冲液1510，其中洗涤缓冲液流动通过第一穿孔隔板1512进入上腔室1540并从最高阀1530中抽出。该灌注流稀释培养基直至生长培养基被洗涤溶液替换。在一些实施例中，阀1530可包括穿孔隔板或过滤器(未示出)，其配置成防止细胞离开生物反应器(在液体更换期间)。

此时，可以通过系统灌注最终的制剂培养基，代替洗涤缓冲液。另外，在一些实施方案中，一些生长培养基可以从上室抽出(任选地通过第二筛选穿孔隔板(图15A 1502)，其配置成防止细胞离开生物反应器)直到细胞所在的水平，从而在灌注最终配制培养基之前减少体积并浓缩细胞(图15A)。如图15A所示，由于洗涤溶液向上流动(逆重力方向)和压力的平衡(质量引力与上游液体的流量)，所提供的具有倒截头圆锥形状的生物反应器允许细胞(或微生物)成团生长以漂浮并升高到更大的表面。此外，由于恒定的体积流量，较慢的洗涤溶液流经过位于倒置截头圆锥形状的较上和较大区域的细胞(或微生物)团3，这有助于浓缩细胞团，并降低由洗涤溶液流施加剪切力。

在另一个实施方案中，可以通过使用具有位于细胞水平之上的额外隔板(当查看图15A时)的生物反应器并反转该生物反应器(如图15B所示)来使生长培养基交换更大体积的洗涤溶液隔板。生物反应器容器被配置成翻转，使得上腔室(或现在的下腔室1540)将具有在1502以下和1512以上的细胞团的穿孔隔板。由于第二隔板(图15B中的隔板2)的较大表面积，这实际上允许更多的介质或洗涤溶液在向下灌注。本领域技术人员将认识到，在较宽表面积上的更大体积导致相同的速度(流速)，因此细胞保持在第二隔板附近(图15B中的隔板2)并且可以洗涤更大量的细胞质量。

图15C和15D示出了生物反应器1590，其包括由两个截头圆锥形部分构成的容器，所述两个截头圆锥形部分具有相同直径用于其较宽的基部，但是它们的较窄基部可以包括不同的直径。这两个部件一个位于另一个的顶部，在它们较宽(相似)的基座上同轴地连接在一起。该容器由两个穿孔隔板分成三个腔室；根据一些实施例，第一穿孔隔板1505和第二(筛选)穿孔隔板1506密封地设置在生物反应器的容器的壁上。图15C示出了细胞生长阶段期间的生物反应器，其中第一下室1591(具有最窄的底部作为其底部)被配置为与生长培养基一起引入(此处未示出)，生长培养基通过第一穿孔隔板1505向上游流动，并进入第二中间室1592(由两个穿孔隔板创建)；中间腔室被配置为(未示出)一起引入并容纳细胞。如图所示，第二中间腔室1592包括具有最大/最宽横截面表面1595的区域，因此具有最慢的培养基流速。根据一些实施方案，目的不是在生长阶段使细胞通过该最大/最宽区域；这可以通过例如控制培养基的流速来实现。在最宽区域上方示出了第二穿孔隔板1506，其用作上部第三腔室1593的底部，并构造成与洗涤培养基(此处未示出)一起引入。

图15D示出了在洗涤阶段期间生物反应器1590处于其翻转或倒置位置。在洗涤阶段期间，洗涤培养基经由第三室1593(未示出)向下引入，然后经由容纳在中间室1952中的细胞团向下引入，然后经由第三室1593排出。第二穿孔隔板1506配置成防止细胞通过；因此洗涤的细胞保留在第二中间室中。

根据一些实施方案，生物反应器配置如图15C和15D所示，其中容器的一个底部比另一个底部宽，可以用于分两步培养细胞。在第一步中，生长可以从较小的底座面朝下开始，如图15C所示，具有非常少量的细胞，允许培养至更高的表面积。在细胞团生长的第二步中，不是将细胞移动到另一个生物反应器的较大室中，而是可以翻转或倒转生物反应器1590以使现较宽的底座朝下，如图15D所示，允许细胞团较大的表面积和较低的培养基流速。

在具有单个穿孔隔板的生物反应器的实施方案中测试下游洗涤/收集过程，其中在穿孔隔板附近检查三种不同的表面速度：3.6mm/min、1.8mm/min和1.2mm/min。用深管(图15A)去除培养基后保留15ml细胞在生长培养基中。使用的总洗涤体积为600ml，其中包含细胞的最终体积液体再次减少至15ml。更换培养基40个循环(四十(40)×15ml洗涤＝600ml总洗涤体积)。可替换的培养基的量没有限制。

结果：

为了检查在交换液体溶液期间流速的影响，保持下游洗涤/收集中使用的液体体积，但改变液体流动的速率。因此，较高流速可带来较短时间内的交换的结果，而较低流速可带来较长时间段的结果。

在以3.6mm/min交换30分钟的培养基后，细胞回收率为60.3％，具有87.8％的存活率。在以1.8mm/min交换60分钟的培养基后，回收100％的细胞，具有91％的存活率。以1.2mm/min交换90分钟的培养基后，回收100％的细胞，存活率为92.1％。

结论：

培养基更换与本领域已知的其他方法(例如TFF，其替换/稀释5倍体积)相当。值得注意的是，使用本文描述的方法清洗和收集细胞避免了连续流动离心(1-2升/分钟)的高流速和剪切，因为使用的低流速具有低1,000至10,000倍的剪切。

虽然本文已经说明和描述了本文公开的生物反应器及其系统的某些特征，但是本领域普通技术人员现在将想到许多修改、替换、改变和等同物。因此，应理解，所附权利要求旨在覆盖落入本文公开的生物反应器及其系统的真实精神内的所有这些修改和变化。

Claims (33)

1.一种用于在其中培养细胞或微生物的生物反应器，所述生物反应器包括：

-封闭容器，在其中围合出空间；

-第一隔板，在其中具有多个孔，所述第一隔板密封地设置在所述空间内，配置为将所述空间分成第一腔室和第二腔室，所述第二腔室配置成容纳在其中培养的细胞或微生物，并且所述孔的直径配置成允许流体仅在所述第一腔室和所述第二腔室之间流动，反之亦然，

-一个或多个流体入口，用于将所述流体引入所述第一腔室；和-一个或多个流体出口，用于允许所述流体从所述第二腔室排出。

2.根据权利要求1所述的生物反应器，其中所述第一隔板不允许在所述容器中培养的细胞或微生物在所述第一腔室和所述第二腔室之间通过。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的生物反应器，其中所述第一腔室是下室且所述第二腔室是上室，并且其中所述流体流动包括向上流动。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的生物反应器，其中所述第一隔板设置成与所述容器的壁接触。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的生物反应器，其中，所述生物反应器还包括其中具有多个孔的校准隔板；所述校准隔板密封地设置在所述第一腔室的所述第一隔板下方的空间内；所述校准隔板设置成校准所述流体流动并防止气泡通过。

6.根据权利要求5所述的生物反应器，其中所述校准隔板被配置为控制所述流体流的速度。

7.根据权利要求6所述的生物反应器，其中所述校准隔板的孔包括圆锥形状。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的生物反应器，其中所述生物反应器还包括其中具有多个孔的附加的筛选隔板；所述筛选隔板设置在所述第二腔室的空间内，在所述第二腔室的顶部，使得所述培养的细胞或微生物容纳在所述第一隔板和所述筛选隔板之间；所述筛选隔板配置成防止细胞通过。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的生物反应器，其中所述生物反应器容器由至少两个部分构成。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的生物反应器，其中所述生物反应器的所述容器配置成在设置在所述第二腔室内的流体中提供流体速度梯度，使得所述流体的速度在从所述第一隔板向所述流体的顶部表面的方向上减小。

11.根据权利要求10所述的生物反应器，其中至少所述第二腔室包括从所述第二腔室的底部到顶部增加的横截面面积。

12.根据权利要求11所述的生物反应器，其中所述横截面的形状选自：圆形、椭圆形、多边形、及其任意组合。

13.根据权利要求1-12中任一项所述的生物反应器，其中所述容器的形状选自：圆锥形、截头圆锥形、锥形、圆柱形、多棱柱形、具有椭圆形横截面的锥形形状、具有多边形横截面的锥形形状、具有圆柱形部分和锥形部分的形状、以及具有圆锥形或锥形部分和半球形部分的形状，及其任意组合。

14.根据权利要求1-13中任一项所述的生物反应器，其中所述一个或多个流体出口中的至少一个被配置为流体连接至泵，所述泵被配置为从所述第二腔室接收所述流体，并且可选地，其中，所述泵还被配置为经由至少一个流体入口将所述流体再循环回到所述第一腔室中。

15.根据权利要求14所述的生物反应器，其中所述流体通过所述第二腔室的流速由所述泵的泵送速率控制。

16.根据权利要求1-15中任一项所述的生物反应器，其中所述流体包括以下任何一种：生长培养基、洗涤溶液、营养液、收集溶液、收获溶液、储存溶液、及其任意组合。

17.根据权利要求1-16中任一项所述的生物反应器，其中所述一个或多个流体出口包括沿着所述第二腔室的高度在不同位置处开口的多个流体出口。

18.根据权利要求1-17中任一项所述的生物反应器，其中所述第一隔板是不可移动的固定隔板。

19.根据权利要求18所述的生物反应器，其中所述固定隔板选自：平坦隔板、与所述生物反应器的纵向轴线呈一角度倾斜的平坦隔板、具有面向所述容器顶部的凹陷上表面的凹形隔板、锥形隔板和圆锥形隔板。

20.根据权利要求1-19中任一项所述的生物反应器，其中所述生物反应器还包括至少一个收获口，所述收获口被配置在所述第一隔板的上表面附近，所述第一隔板的上表面被配置为从所述生物反应器收获细胞。

21.根据权利要求1-20中任一项所述的生物反应器，其中所述生物反应器被配置为倒置的。

22.根据权利要求1-21中任一项所述的生物反应器，其中所述生物反应器还包括被配置在所述第二腔室内的支撑基质，用于支撑所述细胞或微生物。

23.根据权利要求1-22中任一项所述的生物反应器，其中所述生物反应器还包括控制器，所述控制器可操作地连接到并配置成控制以下中至少一个：

至少一个传感器单元，其包括被配置为感测所述容器内的流体的一种或多种化学和/或物理性质的传感器；

多个可控制地打开和关闭的阀门，其被配置成控制在所述一个或多个流体出口和流体入口内的流体流动；

可控制地可打开和关闭的阀，其被配置成控制新鲜液体流体从流体贮存器流入所述泵的入口；

加热器单元，其被配置成加热所述容器内的流体；

冷却单元，其被配置成冷却所述容器内的流体；

气体阀，其被配置成控制包含来自氧源的氧气的气体流入设置在所述容器内的气体分散头。

24.一种用于在根据权利要求1-23中任一项所述的生物反应器中培养细胞或微生物的方法，所述方法包括以下步骤：

-将细胞或微生物引入所述生物反应器的所述第二腔室；

-用所述流体灌注所述细胞或微生物；

-将所述细胞培养至所需浓度；并且

-从所述生物反应器中收获所述细胞或微生物。

25.根据权利要求24所述的方法，其中所述灌注步骤包括控制所述生物反应器内的所述流体的水平和/或流速。

26.根据权利要求24-25中任一项所述的方法，其中所述灌注步骤包括使所述流体再循环通过所述第一隔板。

27.根据权利要求26所述的方法，其中所述再循环步骤还包括以下中的至少一个：

-向所述生物反应器中添加一定量新鲜流体的步骤；以及

-从所述生物反应器中排出一定量所述流体的步骤。

28.根据权利要求24-27中任一项所述的方法，其中：

-所述灌注步骤还包括为所述流体补氧的步骤；或

-所述灌注步骤还包括控制生物反应器内所述流体的水平和/或流速；

或

-所述方法还包括增加所述第二腔室中的所述流体水平的步骤；或

-所述方法还包括一个或多个洗涤所述细胞或微生物的步骤；或-所述方法还包括通过减少所述第二腔室内的所述流体的体积来浓缩所述细胞的步骤；或

-所述方法还包括由于施加在所述细胞团上的重力与所述向上流体流的选定速度之间的平衡而将所述细胞团保持在所述第二腔室中特定区域的漂浮位置的步骤；或

-其任何组合。

29.根据权利要求24-28中任一项所述的方法，其中所述细胞是粘附细胞并且所述方法还包括允许所述细胞粘附到配置在所述第二腔室内的一个或多个表面的步骤。

30.根据权利要求29所述的方法，其中所述一个或多个表面选自由所述第一隔板的上表面、所述第二腔室的壁表面、配置在所述第二腔室内的细胞支撑基质的表面及其任何组合所组成的组。

31.根据权利要求24-30中任一项所述的方法，其中所述方法还包括将所述细胞与另外的不同细胞共培养的步骤。

32.根据权利要求31所述的方法，其中：

-所述细胞是T细胞并且所述另外的不同细胞是细胞因子分泌细胞；

或

-所述细胞是T细胞并且所述另外的不同细胞是抗原呈递细胞；或

-所述细胞是胚胎干细胞并且所述另外的不同细胞是饲养细胞。

33.根据权利要求24-32中任一项所述的方法，其中引入、灌注、培养、洗涤和收获所述细胞的步骤是连续的，并在所述第二腔室中或从所述第二腔室进行。