CN112080428A - 一种适用于疫苗及抗体生产的卷式固定床生物反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于疫苗及抗体生产的卷式固定床生物反应器，在固定床反应器的纤维腔体内设置由热塑性树脂卷成的纤维卷，纤维卷外横端面上设置有骨架支撑，纤维腔体的下部连接有叶轮腔，叶轮腔中设有叶轮；本发明将传统的片状纤维载体堆叠变为卷式纤维载体固定床，纤维卷使得固定床基质方向与液体流向相同，细胞接种时的液体循环较好，接种均一性较好，培养过程中贴壁均质性比较好，细胞对于营养及氧气的消耗的均匀性好，并可通过设置易撕下的长条状纤维条方便的对培养的细胞进行取样，观察细胞的生长状态，同时，取样装置经过特殊设计，极大的减少了因取样造成的染菌风险。

Description

一种适用于疫苗及抗体生产的卷式固定床生物反应器
技术领域
本发明涉及动物细胞培养技术领域，具体涉及一种适用于疫苗及抗体生产的卷式固定床生物反应器。
背景技术
固定床生物反应器结构较为简单，培养效果较好，容易放大，相比传统搅拌式生物反应器，大大简化了贴壁细胞的培养过程，在基因治疗、疫苗、病毒生产领域应用广泛。但是现有固定床反应器在培养过程中无法实现对细胞状态(如细胞数、细胞贴附均匀性)进行有效观察。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术中固定床反应器无法实现对细胞贴附均匀性等细胞状态有效观察的缺陷，提供一种适用于疫苗及抗体生产的卷式固定床生物反应器。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
一种适用于疫苗及抗体生产的卷式固定床生物反应器，包括固定床反应器、储液系统和检测系统；
所述固定床反应器包括纤维腔体和其内部的多层纤维卷，纤维卷外横端面上设置有骨架支撑，纤维腔体的下部连接有叶轮腔，叶轮腔中设有叶轮，叶轮转动可带动纤维腔体内的培养基自下而上循环，从而使纤维腔体内的培养基分布均匀，培养效果更好，纤维腔体的上部连接有纤维腔体盖；纤维腔体盖上设置有若干个与纤维腔体连通的取样口盖和接种口盖；纤维卷的材质为食品医药级别的PET或PE，纤维腔体的材质为食品医药级材质的PP或PE。
储液系统包括新鲜培养基瓶和灌流瓶；新鲜培养基瓶灌流瓶通过硅胶管和蠕动泵与固定床反应器连接；
最外层的纤维卷上设置有若干个易撕裂部，易撕裂部将最外层的纤维卷分割成若干个纤维条；优选的，易撕裂部可以为一排预打孔，形成易撕取的长条状纤维条，长条状纤维条与取样装置相连，可以方便的在培养过程中对贴附于载体的细胞进行取样；
取样口盖内部和取样棒上均设置有磁铁，取样口盖通过磁铁吸附与取样连接，取样棒末端与纤维条连接。取样时分离取样装置与盖子，并将取样盖子旋紧张，即可方便的完成取样；
进一步的，纤维腔体的上方设置有倒圆锥形过滤网。叶轮由固定床反应器底部的电机进行磁力驱动，培养基从固定反应器底部向顶部流动，穿过过滤网，形成薄膜沿纤维腔体外壁流下，传质面积较大，可实现气体的高效交换。
进一步的，取样棒为PP，纤维条为PET，取样棒和纤维条通过热粘合的方式相连。
进一步的，该系统还包括有检测控制系统，所述检测控制系统用于检测并调节固定床反应器内的pH、溶氧值和温度，以使其内的培养基处于设定的pH、溶氧和温度。
进一步的，检测控制系统包括pH控制模块、温度控制模块和溶氧控制模块，所述pH控制模块由pH电极和pH执行器模块组成，所述温度控制模块由温度电极和温度执行模块组成pH执行器模块由二氧化碳控制模块和碳酸氢钠控制模块组成，pH电极安与pH电极接口电性连接，当pH电极检测到pH高于设定值时，二氧化碳控制模块加大二氧化碳通气量，pH低于设定值时，连接有碳酸氢钠的碳酸氢钠控制模块启动(蠕动泵蠕启动)，加入适量的碱液，当温度电极检测到温度低于设定温度时，温度执行模块启动，将碱液瓶升温至设定温度。优选的，温度执行模块为碱液瓶外包设的加热毯，通过加热毯的启动或关闭可以调控碱液瓶中液体温度。溶氧控制模块，所述溶氧控制模块由溶氧电极和溶氧执行器模块组成，溶氧执行器模块通过控制空气/氧气的流量来实现DO控制。
固定床反应器设有多个开口，其中三个开口分别安装有pH电极、溶氧电极和温度电极，这些电极与空气/氧气、二氧化碳气体流量控制单元耦联，通过调节气体流量实现pH控制与DO控制；另有两开口分别为进气口和排气口，进气口连接有压力传感器，用于监测系统是否堵塞，排气口连接有过滤器，过滤器上安装有加热片，防止长时间培养时水气打湿过滤器。空气、氧气或二氧化碳通过进气口进入，进气口处设置有与控制系统连接的压力传感器。
进一步的，压力传感器检测到固定床反应器内压力异常时，控制系统通过断开与溶氧执行器模块或二氧化碳控制模块连接的电磁阀来切断通气并发出报警信号。
有益效果：本发明针对固定床生物反应器进行了改进，将传统的片状纤维载体堆叠的固定床变为卷式纤维载体固定床，纤维卷使得固定床基质方向与液体流向相同，细胞接种时的液体循环较好，相比于堆叠式固定床来说不会有阻挡，所以卷式固定床对于细胞接种时的均一性较好，使得培养过程中贴壁均质性比较好。另外，传统的堆叠式的卷式固定床床层间传质传氧阻力较大，培养基由上到下循环时，培养基流动至固定床上端的时候，这一部分营养物质，氧气等就会相对来说减少，而且卷式固定床每一层间均有附着，细胞对于营养及氧气的消耗的均匀性比堆叠式的要更好一点，每层间的细胞对营养物质的利用，相对来说是比较均衡的。
另外本发明在纤维卷外侧设置易撕下的长条状纤维条，长条状纤维条与取样装置相连，可以方便的对培养的细胞进行取样，观察细胞的生长状态，同时，取样装置经过特殊设计，极大的减少了因取样造成的染菌风险。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明生物反应器的立体结构示意图；
图2是本发明生物反应器固定床反应器的爆炸结构示意图；
图3是本发明生物反应器固定床反应器的取样装置的结构示意图；
图4是本发明生物反应器的部分结构示意图；
图5是本发明生物反应器固定床反应器的原理示意图；
图6是图1中A处的放大图；
图7是检测控制系统的模块图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
一种适用于疫苗及抗体生产的卷式固定床生物反应器，包括固定床反应器1，储液系统和检测控制系统，检测控制系统通过数据线13连接至电脑，控制整个系统。
固定床反应器1包括取样棒5、纤维卷14、纤维条6、纤维腔体7、叶轮8、取样口盖子10和接种口盖子11，纤维卷外横端面上设置有骨架支撑15，取样棒5上端圆柱部分51和取样口盖子11内部均嵌有磁铁，可相互吸附连接，取样棒5下端连接至纤维条6，纤维条6可通过易撕裂部从纤维卷5上撕下，取样时，打开取样口盖子10后，用镊子分离取样棒5和取样口盖子10，再撕取纤维条6后即完成取样，取样过程中暴露时间短，暴露面积小，不需插入外界取样工具，极大的减少了染菌的概率，且取样过程简单，易操作，不影响培养过程的进行。纤维卷的材质为食品医药级别的PET，纤维腔体的材质为食品医药级材质的PP或PE。
纤维腔体7的上方通支架17设置有倒圆锥形过滤网16。叶轮8由固定床反应器1底部的电机进行磁力驱动，培养基从固定反应器1底部向顶部流动，穿过过滤网16，形成薄膜沿纤维腔体7外壁流下，传质面积较大，可实现气体的高效交换。
图6是图1中A处的放大图，固定床反应器进气口的管子上连接有压力传感器12，当压力传感器12检测到压力上升时达到一定值时，检测控制系统即切断通气并发出报警信号，固定床反应器上还开设有排气口，排气口设置有过滤器，过滤器上安装有加热片18，加热片18确保排气口的水蒸气以蒸汽的形式排出，不凝结成水打湿过滤器，从而避免染菌。溶氧电极接口19、温度电极接口20、加热片接口21、pH电极接口22和压力传感器接口23均与检测控制系统相连，分别用于溶氧电极、温度电极、加热片、pH电极和压力传感器的电性连接和控制。压力传感器12检测到内压力异常时，检测控制系统通过断开与溶氧执行器模块或二氧化碳控制模块连接的电磁阀来切断通气并发出报警信号。压力传感器可以选用LuerOrdering info Press-S-000。
储液系统包括新鲜培养基瓶2、碱液瓶3和灌流瓶4，碱液瓶3和灌流瓶4通过硅胶管和蠕动泵9与固定床反应器1连接；工作过程中，蠕动泵9每隔一定时间抽取部分固定床反应器1中的培养基加入灌流瓶4中，然后再从新鲜培养基瓶2中抽取等量的新鲜培养基加入固定床反应器1中，始终维持固定床反应器中的液体处于相对恒定的量。检测控制系统通过pH电极和溶氧电极的检测值反馈控制通气量的大小和碱液的流加速率，实现培养基pH值与DO值的控制。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于疫苗及抗体生产的卷式固定床生物反应器，包括固定床反应器和储液系统，其特征在于，所述固定床反应器包括纤维腔体，纤维腔体内设置由热塑性树脂卷成的纤维卷，纤维卷外横端面上设置有骨架支撑，纤维腔体的下部连接有叶轮腔，叶轮腔中设有叶轮；纤维腔体的上部连接有纤维腔体盖；
储液系统包括新鲜培养基瓶和灌流瓶；新鲜培养基瓶灌流瓶通过硅胶管和蠕动泵与固定床反应器连接。
2.如权利要求1所述的适用于疫苗及抗体生产的卷式固定床生物反应器，其特征在于，纤维腔体盖上设置有若干个与纤维腔体连通的取样口盖和接种口盖，取样口盖处的纤维腔体内设置有取样棒；最外层的纤维卷上设置有若干个易撕裂部，易撕裂部将最外层的纤维卷分割成若干个纤维条。
3.如权利要求2所述的适用于疫苗及抗体生产的卷式固定床生物反应器，其特征在于，取样口盖的内部和取样棒上均设置有磁铁，取样口盖通过磁铁吸附与取样连接，取样棒末端与纤维条连接。
4.如权利要求3所述的适用于疫苗及抗体生产的卷式固定床生物反应器，其特征在于，取样棒为PP，纤维条为PET，取样棒和纤维条通过热粘合的方式相连。
5.如权利要求1-4任一项所述的适用于疫苗及抗体生产的卷式固定床生物反应器，其特征在于，纤维卷的材质为食品医药级别的PET或PE，纤维腔体的材质为食品医药级材质的PP或PE。
6.如权利要求5所述的适用于疫苗及抗体生产的卷式固定床生物反应器，其特征在于，纤维腔体的上方设置有倒圆锥形过滤网。
7.如权利要求6所述的适用于疫苗及抗体生产的卷式固定床生物反应器，其特征在于，该系统还包括有检测控制系统，所述检测控制系统用于检测并调节固定床反应器内的pH、溶氧值和温度，以使其内的培养基处于设定的pH、溶氧和温度。
8.如权利要求7所述的适用于疫苗及抗体生产的卷式固定床生物反应器，其特征在于，检测控制系统包括pH控制模块、温度控制模块和溶氧控制模块，所述pH控制模块由pH电极、pH执行器模块组成，所述温度控制模块由温度电极、温度执行器模块组成，pH执行器模块由二氧化碳控制模块和碳酸氢钠控制模块组成，pH电极安装于pH电极接口处，当pH电极的pH检测探头检测到pH高于设定值时，二氧化碳控制模块加大二氧化碳通气量，pH低于设定值时，连接有碳酸氢钠的碳酸氢钠控制模块启动，加入适量的碱液，温度电极检测到温度低于设定温度时，温度执行模块启动，将碱液瓶升温至设定温度；
溶氧控制模块，所述溶氧控制模块由溶氧电极和溶氧执行器模块组成，溶氧执行器模块通过控制空气/氧气的流量来实现DO控制。
9.如权利要求7所述的适用于疫苗及抗体生产的卷式固定床生物反应器，其特征在于，空气、氧气或二氧化碳通过固定床反应器上开设的进气口进入，进气口处的管道上设置有与检测控制系统连接的压力传感器；固定床反应器上还开设有排气口，排气口设置有过滤器，过滤器上安装有加热片。
10.如权利要求9所述的适用于疫苗及抗体生产的卷式固定床生物反应器，其特征在于，压力传感器检测到固定床反应器内压力异常时，检测控制系统通过断开与溶氧执行器模块或二氧化碳控制模块连接的电磁阀来切断通气并发出报警信号。
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