CN1124292A - 细胞培养生物反应器 - Google Patents

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许晓增
于国祥
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Abstract

一种细胞培养生物反应器，包括带有夹套的筒体及组其内的搅拌器，其中筒体的导流筒内设置螺旋式搅拌器和微孔膜透气器，在筒体上部与导流筒顶端相对应位置安装有视镜。它有效克服了现有技术的缺点，具有环流混合、显著减小搅拌剪切力、渗透供氧、提高细胞培养效果和拓宽应用范围之特点。

Description

细胞培养生物反应器
本发明涉及一种用于微生物、动物和植物细胞培养的生物反应器。
目前，对于微生物、动物和植物细胞培养用的生物反应器，特别是用于实验室中的生物反应器，主要采用机械搅拌式结构。反应器中的机械搅拌装置一般常用平桨单桨或多桨式搅拌器，利用其高速旋转产生的搅拌剪切力，带动培养物流动。因其在搅拌混合过程中的剪切力较大，易损坏被培养的细胞；高速旋转所形成的大气泡的破碎，也会对敏感细胞产生损伤作用，既使降低旋转速度也对细胞的培养效果有影响。另外，机械传动装置的密封泄漏而产生的污染，也是细胞培养不容忽视的重要影响因素。为解决上述问题，又出现了磁力搅拌生物反应器和气升式生物反应器。前者虽可避免密封泄漏污染问题，但仍存在搅拌剪切力大、损伤培养细胞的弊病；后者克服了机械搅拌式结构固有的缺陷，其主要适用于对需氧量较大的细胞培养体系，如对高需氧性微生物细胞的培养等。然而这种反应器仍不适于对一些需氧量并不大、且对气泡破碎较敏感的动、植物细胞的培养，上述几种反应器对细胞的培养均达不到理想的培养效果。当前实验室对剪切力极敏感的动物细胞培养，一般采用“转瓶”培养，这种“转瓶”对细胞培养的反应条件很难实现严格控制，更无法用于大规模的细胞培养。
本发明的目的是提供一种性能独特的细胞培养生物反应器，它有效克服了现有技术的缺点，具有环流混合、显著减小搅拌剪切力、渗透供氧、提高细胞培养效果和拓宽应用范围之特点。
本发明的目的是这样实现的：该装置包括带有夹套的筒体及组其内的搅拌器，其中筒体的导流筒内设置螺旋式搅拌器和微孔膜透气器，在筒体上部与导流筒顶端相对应位置安装有视镜。
由于本发明的导流筒内设置螺旋式搅拌器，培养物混合均匀时的最小转速由现有平桨搅拌器84转/分降至18转/分，所以从根本上避免了单桨或多桨式搅拌器产生的较大搅拌剪切力的破坏作用，利用螺旋推动力的作用，迫使培养物在导流筒内向下流动，同时驱动筒体与导流筒之间环隙中的培养物自下而上流动，从而在反应器内实现有序循环流动混合，混合均匀时所需平均剪切速率也由搅拌混合时的14秒-1降为3秒-1，即可达到细胞悬浮培养的目的，细胞损失极小，有利于细胞快速生长。另外导流筒内采用微孔膜透气器渗透供氧系统，避免了大气泡的形成及由此产生的气泡破碎对敏感性细胞的损伤作用。因此，采用新型生物反应器，既使对剪切力极敏感的动物细胞培养和大规模培养，也都非常适用，显著拓宽其应用范围和提高细胞培养效果，该装置极易推广应用。
以下结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明一种具体结构示意图。
根据图1详细说明本发明的具体结构。该装置包括带有夹套8的筒体9、组装筒体9导流筒3内的螺旋式搅拌器1、微孔膜透气器2等件。其中顶盖6上设置添加口5、排放口4，下部设置取样口13的筒体9组装在支座11上。夹套8内装有恒温系统控制的循环水，从入口10进入由上出口流出，以调整控制培养温度。螺旋式搅拌器1通过传动装置12驱动转动，其组装导流筒3的下部或上部，可根据实际使用需要确定，本实施例的螺旋搅拌器1位于导流筒3的下部。一般将微孔膜透气器2按渗透供氧的需求，置于导流筒3的上部或下部。本实施例的微孔膜透气器2置于导流筒3的上部。为观察反应器内液位和培养物流动情况，在筒体9上部与导流筒3顶端相对应位置安装有视镜7。为观察方便还可在筒体顶盖6上设置视镜。
操作时，启动传动装置12带动螺旋式搅拌器1转动，在其旋转推动力作用下，预先调制好的培养物在筒体9的导流筒3内向下流动，再从导流筒3底部流出，进入筒体9与导流筒3之间的环隙中向上流动，形成循环流动混合。其培养物混合均匀时的最小转速可达18转/分，混合均匀时的平均剪切速率为3秒-1，而现有平桨搅拌生物反应器(10L)混合均匀时的最小转速为84转/分，混合均匀时的平均剪切速率为14秒-1，。在同样反应条件下的流动混合效果，该装置明显优于现有同类产品。如果细胞需氧，从导流筒3上部的微孔膜透气器2中渗透出来的无菌气体，以直径小于0.1mm的微气泡进入上述环流混合的培养物中供氧。其供气量可调节，尾气从排放口4排出。培养物所需的反应条件可根据实际要求，通过反应器的各调节系统控制，按常规处理即可。
本发明与现有技术的性能比较见下表：
Figure A9511390200061
注；(1)、以100—200的珍珠岩颗粒模拟细胞
(2)、平均剪切速率按Calderbank Moo—Young给出的经验式：平均剪切速率＝10N
  ——N表示搅拌转速。
通过以下实施例对本发明在同样反应条件下的使用状况进行比较，更加显示出本发明的突出实质特点和显著进步。
实施例1
用本发明生物反应器(40L)培养热带假丝酵菌(C.tropicalis)。培养基组成为：十三碳正构烷烃5％、糖3％、磷酸二氢钾0.2％、磷酸氢二钠0.6％、氯化钠0.1％、尿素0.2％、玉米浆0.1％、硫酸镁0.2％、V810.01％，把以上组成的培养基30L放入本发明的生物反应器中，在温度121℃条件下用蒸汽实消10分钟，然后冷却降温至31℃，调PH到4.5，用恒温系统控制培养温度在31±1℃。按初始种量接入3L C.tropcalis种子液(摇瓶)。在温度31±1℃，PH4.5，进气量20L/min，转速为200rpm的条件下培养48小时，其C.tropcalis的收获量达200g/L(干重)。为了比较，用10L平桨搅拌生物反应器培养C.tropcalis，其它条件同上，只是转速变为600rpm，48小时后，C.tropcalis的收获量达到140g/L。现本发明在较低剪切速率下，有利于C.tropcalis的快速生长。
实施例2
杂交瘤细胞培养。2F7杂交瘤细胞，来自分泌抗人小细胞肺癌单抗(IgG2a型)的鼠鼠杂交瘤细胞。培养基以DME：F12(1∶1)为基础培养基，添加补充因子配制成2F7细胞无血清培养基。取上述无血清培养基30L放入本发明的40L生物反应器中。按种量为0.7×105/mL，培养条件为PH7.2，溶解氧50％空气饱和度，温度37±0.1℃，搅拌转速为20转/分，培养96小时，细胞密度可达6.0×105/mL。为了比较，用10L平桨搅拌生物反应器，按上述条件培养，但转速调到200转/分(低于此转速，细胞不能悬浮)，同样培养96小时，细胞密度为1.5×105/mL。可见剪切力大小是影响动物细胞增殖的关键因素之一。

Claims (3)

1、一种细胞培养生物反应器，包括带有夹套的筒体及组其内的搅拌器，其特征是筒体的导流筒内设置螺旋式搅拌器和微孔膜透气器，在筒体上部与导流筒顶端相对应位置安装有视镜。
2、根据权利要求1所述的生物反应器，其特征是微孔膜透气器置于导流筒上部。
3、根据权利要求1所述的生物反应器，其特征是筒体顶盖上设有视镜。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN101402916B (zh) * 2008-11-18 2011-05-11 上海日泰医药设备工程有限公司 细胞培养内提升搅拌器
CN102108333A (zh) * 2009-12-29 2011-06-29 上海日泰医药设备工程有限公司 一种流化床生物反应器
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication