CN114774277A - 一种基于编织网的细胞截流装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于编织网的细胞截流装置，属于细胞分离技术领域。所述基于编织网的细胞截流装置包括滤袋，所述滤袋的至少一面设置有滤网，滤袋两层迭合且周边封闭，滤袋连通有至少一个滤液管路，滤袋内设置有第一流体分布器，所述第一流体分布器包括若干个放射状的流道槽；其中，所述滤网由金属丝编织而成，滤网有通过编织形成的网孔，网孔均匀布置在滤网上，且形状和尺寸均相同。本发明采用网孔尺寸均一且厚度更薄的编织滤网为细胞截留工作介质，采用微米级截留孔径来改善细胞灌流、浓缩等细胞分离的可操作性和可再生性。适用于包括切向流过滤等多种操作模式，提高工艺稳定性，提高极限产能，简化工艺操作；且该装置可以用在其它细胞工艺中，包括细胞的浓缩、换液、收获等。

Description

一种基于编织网的细胞截流装置

技术领域

本发明涉及一种基于编织网的细胞截流装置，属于细胞分离技术领域。

背景技术

细胞灌流培养是正在普及的工艺强化的技术，这种技术被应用于细胞和细胞产物如抗体、病毒、外泌体等生命科学领域的研发和生产。为了提高生物反应器内的细胞浓度和提高生物反应器的产能，可以通过细胞截流技术将营养耗竭的生物培养基和细胞分离并引出生物反应器，同时补加营养物质。在这过程中需要有能够实现细胞和细胞培养基高效分离的装置。目前的多种细胞截留技术可以分为两类，其中一部分技术如细胞沉降技术，细胞超声波凝聚技术，可以在生物反应器内实现细胞和培养基分离，但不能实现细胞和培养基100％的分离。在工业更常见的是在生物反应器外通过切向流过滤来实现细胞分离的膜分离技术。这里一般使用高分子中空纤维膜或中空纤维管做为过滤介质来截流细胞但允许培养基通过来实现细胞和培养基的分离。常见的使用模式将过滤装置布置在生物反应器外部，可以通过一根或多根管路将含有细胞细胞培养液引出生物反应器进入细胞过滤截流装置，细胞悬浮液或培养基和细胞通过过滤原理进行分离。较大尺寸的细胞不能通过过滤介质，会被送会到生物反应器中；培养基和尺寸较小的组分可以通过过滤介质进入滤液或收获液。

这种过滤介质的具体的截留操作模式有切向流过滤(TFF)和往复切向流过滤(ATF)两种模式。TFF技术采用蠕动泵，离心泵，转子泵，隔膜泵等，做循环泵使细胞培养液在过滤器内做单项流动。ATF通过往复式隔膜泵用真空负压模式(比如Repligen的ATF)将细胞悬浮液模式引出到一个隔膜泵的球形缓冲腔内，然后通过压缩空气提供压力将细胞悬浮液压回反应器的间歇式操作。在引出反应器和压回反应器，细胞悬浮液会往复通过切向流过滤器，并在过滤器内沿过滤介质表面的方向，也就是切向流动。透过过滤介质滤液可以被收集。

目前的ATF和TFF采用的细胞截留膜通常采用截留分子量为0.2微米到0.5微米的中空纤维膜。这里的中空纤维膜管一般内径为1.0mm，中空纤维膜的厚度在一般在0.2毫米～0.5毫米。

常见的中空膜包括有孔径相对致密的多孔结构层作为膜分离的工作面，这层致密的多孔结构层定义了膜的截流孔径或截流分子量。这种多状孔复杂结构层在处理细胞培养液这类的复杂样品时膜孔容易全部或部分被堵塞，导致过滤效率的降低和过滤介质的有效工作孔径的变化。膜分离功能的下降有下面几个常见的原因：1、如果膜的孔径和料液(或样品)中的颗粒大分子的大小相近，膜孔就容易被这些分子或颗粒堵塞；2、同时较小一些的分子，也可能被膜中的多孔的复杂结构截留；3、大分子或颗粒有可能在膜孔材料的表面吸附从而使膜的有效孔径变小并改变膜表面的的微观结构和电荷特性，让大分子或颗粒在通过膜时遇到更大的阻力，甚至在膜孔内堆积；4、在过滤的过程中，膜的表面也有可能会形成大分子或颗粒的凝胶层，跨膜压大的时候，或剪切不够的情况下，更有利于凝胶层的形成和保持。

目前在实际过滤和灌流操作中，部分颗粒、大分子或细胞碎片，可以以这几种模式导致膜的堵塞和过滤通量下降。膜孔的堵塞或凝胶层的形成，不仅可以降低膜的分离效率，也可以降低膜的分离选择性。比如，膜本来可以100％的截留细胞，但可以90％的让抗体通过。由于过滤操作过程中，膜表面凝胶层和膜内部颗粒分子的吸附以及对膜孔的堵塞，膜的有效孔径变小，抗体的通过率降低。这导致细胞分泌的产品，比如抗体和细胞代谢的废物通过膜的效率降低，从而影响整体工艺效率。

针对这些膜堵塞带来影响，实际操作中通常通过降低膜的载量，即单位面积膜的样品处理量。即是使用更大面积的膜以保证足够的过滤通量要求，或者在使用过程中更换过滤器。这些都会降低效率或提高操作的复杂性，增加成本。

在病毒生产和外泌体等细胞外囊泡的生产过程中，由于病毒颗粒和外泌体颗粒的直径较大(30-400纳米范围)。在细胞培养生产的过程中一部分细胞会自然凋亡破碎，一部分细胞在生物反应器内由于机械搅拌，和在泵以及其它循环流路内流动中，也会凋亡破碎，这些破碎的细胞会产生大小不一的碎片。一般中空膜的截留孔径目前最大在1微米以下。由于部分细胞碎片的大小径接近膜的孔径，膜孔在操作中很容易堵塞。

由于中空纤维膜的不足，Repligen的TFDF技术采用了大孔径的中空管被用来做这方面的尝试。这种中空膜管内径在3～5毫米左右，厚度在若干毫米，膜管采用海绵状多孔结构塑料材质。可能的截留孔径范围在几微米。这种中空管的海绵状结构的孔径分布不均匀，因而需要较厚的的厚度来提高膜的分离选择性和膜管的强度。但是由于膜管的内径较大，需要较大的循环流量才能提供足够的剪切。由于一次性使用的泵和耗材的限制，和对循环流量的高要求，这种中空纤维膜管实际上如果用在2,000升生物反应器上会很困难。无论是中空纤维膜和还是大孔膜管，都有膜结构带来的根本性的问题：膜孔径不够均匀，容分离选择性不高，且容易堵塞；膜的多孔结构，不易反冲、清洗和再生。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提出了一种基于编织网的细胞截流装置，该细胞截流装置通过采用网孔尺寸均一且厚度更薄的编织滤网做为细胞截留工作介质，不仅可以避免多孔膜结构带来的问题，而且可以适用于更多的操作模式和使用场景。本发明采用全新的微米级截留孔径的滤网截流装置可以来提改善细胞灌流、细胞浓缩等细胞分离的可操作性，提高工艺稳定性，提高极限产能，并简化工艺操作；并且该细胞截流装置也可以用在其它细胞工艺中，包括细胞的浓缩、换液、收获等。

本发明提供了一种基于编织网的扁板式细胞截流装置，包括扁板形状的滤袋，所述滤袋的至少一面设置有滤网，滤袋两层迭合且周边封闭，滤袋连通有至少一个滤液管路；其中，所述滤网由金属丝编织而成，滤网有通过编织形成的网孔，网孔均匀布置在滤网上，且形状和尺寸均相同，滤网的孔径为2～15微米。

在本发明的一种实施方式中，所述滤袋两侧的滤网通过不锈钢包边、树脂或聚氨酯连接和密封，滤袋内设置有第一流体分布器，所述第一流体分布器包括若干个放射状的流道，所述第一流体分布器包括若干个放射状的流道，所述基于编织网的扁板式细胞截流装置还能够被加工成半圆形、环形或桶形。

在本发明的一种实施方式中，所述滤液管路为复合管路，包括一个或多个不同的流道，采用一个流道时，能够采用改变滤液的流动方向来实现反冲；采用两个流道时，通过其中一个液道收获滤液，另一个液道输入培养基、反冲液。

在本发明的一种实施方式中，所述滤袋的数量有若干个，若干个滤袋通过管路联接，用于增大过滤面积，相邻的滤袋之间设置有隔离环和密封圈，所述管路用于收获滤液，以及补充培养基或反冲清洗滤网，管路侧面有开孔或开槽，管路上的开孔或开槽只与滤袋内部连通，用于收获滤液，以使得管路内的滤液和管路外的细胞悬浮液不接触。

本发明又提供了一种基于编织网的中空网管细胞截流装置，包括中空网管，所述中空网管由金属丝直接编织而成，或由滤网卷制而成并通过连接部进行拼接卷制而成，卷起来的滤网呈中空管状，其边缘重叠并折叠成连接部，所述连接部通过焊接、不锈钢包边或树脂封装拼接，所述中空网管用于被封装到过滤器内作为过滤介质。

在本发明的一种实施方式中，所述中空网管包括作为过滤介质的网管壁，所述网管壁内设置有第二流道分布器，所述第二流道分布器包括管芯以及在管芯周向有凸起结构，所述第二流道分布器与网管壁之间形成有料液流道，所述第二流道分布器能够降低中空网管内的流道总横截面积，在相同料液流量下提高流速和对膜表面的清洗效果；所述中空网管的两端连接有环形套头，套头一端有一用于定位网管的环状槽空隙，中空网管的一头插入环状槽中，并用树脂或聚氨酯封闭固定，其中，所述环形套头能够将中空网管的两端的边缘隐匿。

本发明又提供了一种基于编织网的内衬细胞截流装置，包括滤网、滤液培养基口、滤液通道夹层和反应器，所述滤网布置在反应器的内壁，滤网与反应器的内壁之间设有滤液通道夹层，所述滤液通道夹层上设置至少一个滤液培养基口，所述滤网覆盖至少反应器内壁的一部分；通过至少一个管路与滤液通道夹层相连接，用于收获透过滤网的培养基或补充培养基；其中，所述滤网由金属丝编织而成，滤网有通过编织形成的网孔，网孔均匀布置在滤网上。

本发明又提供了一种所述的基于编织网的扁板式细胞截流装置在反应器中实现换液的应用，所述滤网采用不同或相同直径的金属丝编织成网孔结构，所述滤网的孔径为2～15微米，所述滤袋设置在反应器内，所述滤袋外接有收获液出口和补液进口，所述补液进口的管道上设置有补液泵；还包括收获液管路，所述收获液管路上设置有管夹、阀门或收获液泵；所述基于编织网的扁板式细胞截流装置的管路接口采用一个或多个独立的液体通道；所述液体通道能够通过反应器盖的开孔连接所述基于编织网的扁板式细胞截流装置，并从反应器外部通入的所述基于编织网的扁板式细胞截流装置的两层滤网之间，进入到两层滤网中间的细胞培养基或细胞悬浮液，只有通过所述液体通道才能流出到反应器外。

在本发明的一种实施方式中，所述滤袋的数量有若干个，若干个滤袋通过一根或多根管路并联或串联，用于增大过滤面积，所述管路用于补充培养基或反冲清洗滤网，在使用一根管路串联时，相邻的滤袋之间设置有隔离环和密封圈，管路侧面有开孔或开槽，管路与滤袋内部连通，用于收获滤液，以使得管路内的滤液和管路外的细胞悬浮液不接触；所述若干个滤袋通过管路安装在反应器壁、反应器盖或人孔盖板上；所述滤袋内设置有流体分布器。

本发明又提供了一种所述的基于编织网的中空网管细胞截流装置在反应器外通过切向流过滤来实现细胞截流的应用，所述滤网的孔径为2～15微米，所述基于编织网的中空网管细胞截流装置布置在反应器外且与反应器连接，所述基于编织网的中空网管细胞截流装置与反应器之间设置料液循环泵，通过料液循环泵使反应器内的料液或细胞悬浮液与基于编织网的中空网管细胞截流装置之间形成循环切向流模式；或者通过往复泵使反应器内的料液与基于编织网的中空网管细胞截流装置形成往复切向流模式，所述基于编织网的中空网管细胞截流装置连接有滤液管路。

有益效果

1.本发明通过采用网孔尺寸均一且厚度更薄的编织滤网做为细胞截留工作介质，不仅可以避免多孔膜结构带来的问题，而且可以适用于更多的操作模式和使用场景。

2.本发明采用一种全新的微米级截留孔径的截流装置可以来提改善细胞灌流、细胞浓缩等细胞分离的可操作性，提高工艺稳定性，提高极限产能，并简化工艺操作；并且该细胞截流装置也可以用在其它细胞工艺中，包括细胞的浓缩、换液、收获等。

3.本发明采用316L不锈钢丝等金属丝编织而成的滤网，具有耐腐蚀，耐高温，高强度，不易磨损，柔软等优点。滤网的孔径，孔的形状，可以通过选择合适的编织丝的直径，编制方法来控制。孔径范围可以从几微米到几十微米。滤网的强度，孔径和孔的形状也可以通过金属丝的直径和编制方法来改进。

4.本发明编织滤网的网孔形状，大小，和空间分布高度均一。而在滤液通过网孔时，由于滤网的厚度很薄，通过网孔的滤液需要经过的路径很短。滤液穿过过滤介质的通路长度和不锈钢丝直径相当。和多孔海绵状结构的膜相比，膜孔的结构简单且过滤的通路短，因此细胞碎片或其它颗粒不易进入和堵塞网孔。同时由于编织网本身表面平滑，有规则的起伏，在使用切向流过滤时，只需要较低的剪切，因而同时具有高通量的特征，不易堵塞的特征。由于滤网厚度很薄，让膜反冲再生操作变得简单和容易。通过选择高强度材料做成的滤网，无需多孔支撑介质，可以降低过滤介质的厚度，提高过滤通量，从而提高工艺效率。

附图说明

图1为现有的编织滤网平纹荷兰编织方式示意图；

图2为本发明基于编织网的扁板式细胞截流装置的主视图；

图3为本发明基于编织网的扁板式细胞截流装置的展开示意图；

图4为本发明又一种形状的基于编织网的扁板式细胞截流装置的展开示意图；

图5为本发明再一种形状的基于编织网的扁板式细胞截流装置的展开示意图；

图6为本发明基于编织网的扁板式细胞截流装置的导管布置示意图；

图7为本发明基于编织网的扁板式细胞截流装置的又一种导管布置示意图；

图8为本发明多个基于编织网的扁板式细胞截流装置串联起来的爆炸图；

图9为本发明基于编织网的中空网管细胞截流装置的结构示意图；

图10为本发明基于编织网的中空网管细胞截流装置的截面图；

图11为本发明基于编织网的中空网管细胞截流装置的封装示意图；

图12为本发明基于编织网的中空式细胞截流装置的结构示意图；

图13为本发明基于编织网的内衬细胞截流装置的细胞反应器的俯视图；

图14为本发明基于编织网的内衬细胞截流装置的细胞反应器的正面剖视图；

图15为本发明在反应器内部布置细胞截流装置的示意图；

图16为本发明在反应器侧壁布置多个串联起来的细胞截流装置的示意图；

图17为本发明基于编织网的中空网管细胞截流装置在采用切向流操作模式的应用。

图18为本发明基于编织网的中空网管细胞截流装置采用往复式切向流操作模式的应用。

其中：1、滤网；2、收获液导管；3、补液导管；4、滤袋；5、补液导管；6、外管；7、内管；8、隔离环；9、密封圈；10、反应器外壁；11、管路；12、中空网管；121、网管壁；122、第二流体分布器；123、料液流道；13、环形套头；14、突出外齿；15、过滤器；16、滤液培养基口；17、滤液通道夹层；18、反应器；19、搅拌桨；20、收获液出口；21、补液进口；22、补液泵；23、管夹；24、收获液容器；25、收获液泵；26、料液循环泵；27、补液管路；28、收获液管路；29、细胞分流口；30、往复泵；31、第一流体分布器；32、连接部；100、基于编织网的中空网管细胞截流装置。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

由于编织滤网的孔径和形状的高度一致性，可以提供前所未有的分离选择性。且孔径的大小可以由编织方法和所用的丝的直径决定。孔径的大小高度均一。孔的大小可以直接且精确通过显微镜测量精确表征，或根据编织办法计算。这种编织网的厚度由所用丝的厚度和编织方法决定。最大的厚度最小等于编织用丝重叠部分的直径加和。如果采用两种直径的丝席型编法编织，其孔径可以做到较细的丝的直径的1/2～1/5。采用316L不锈钢丝编织而成的滤网，具有耐腐蚀，耐高温，高强度，不易磨损，柔软等优点。滤网的孔径，孔的形状，可以通过选择合适的编织丝的直径，编制方法来控制。孔径范围可以从几微米到几十微米。滤网的强度，孔径和孔的形状也可以通过丝的直径和编制方法来改进。如图1所示，本发明以平纹荷兰编织方式为例。

和多孔介质曲折而复杂的膜孔结构不一样，编织滤网的网孔形状，大小，和空间分布高度均一。而在滤液通过网孔时，由于滤网的厚度很薄，通过过滤介质网孔的滤液需要经过的通路很短。过滤通路的长度和不锈钢丝直径相当。和多孔海绵状结构的膜相比，膜孔的结构简单且过滤的通路短，因此细胞碎片或其它颗粒不易进入和堵塞网孔。同时由于编织网本身表面平滑，有规则的起伏，在使用切向流过滤时，只需要较低的剪切，因而同时具有高通量的特征，不易堵塞的特征。由于滤网厚度很薄，让膜反冲再生操作变得简单和容易。通过选择高强度材料做成的滤网，无需多孔支撑介质，可以降低过滤介质的厚度，提高过滤通量，从而提高工艺效率和稳定性。

这种滤网可以被制成多种截流装置来截留细胞或其它微纳米颗粒。包括平面扁板式过滤网袋、膜包(Cassette filter)和中空膜管结构的过滤器。也可以作为细胞培养反应器的侧壁或底部的一部分。

实施例1

如图2-5所示，一种基于编织网的扁板式细胞截流装置，包括滤袋4，所述滤袋4可以一面或两面都附有滤网1。所述滤网1可以是不锈钢材质。所述滤袋4两层迭合且周边封闭。滤袋4两侧的滤网1可以通过不锈钢包边、树脂或聚氨酯等工艺连接和密封。所述滤袋4平面的结构可以是圆形、方形、叶形、椭圆形等多种结构。这里的滤袋也可以弯曲，成非平面的形状，以方便在反应器内布置，并影响反应器内细胞培养液的流动。在操作过程中，如果用滤网1的孔径小于细胞的尺寸，滤网1外部的细胞不能通过滤网1进入到滤袋4内，但小于截留孔径的细胞培养液和培养液中的蛋白、病毒、外泌体、等其它细胞产物、细胞代谢产物、细胞碎片等可以通过。通过滤网1进入滤袋4的培养基可以通过预置的滤液管引出滤袋4。所述滤袋4连通有至少一个滤液管，所述滤液管包括收获液导管2和补液导管3，如图6和7所示，预置的滤液管可以是一个或是多个液体通道，其中管道的结构可以是简单的中空管路，也可以是多根简单管路捆绑或一次成型的复合管路，比如截面呈两个同心圆的同轴复合管路。所述同轴符合管路包括内管7和外管6，所述内管7内以及内管7与外管6之间的空隙可以形成两个不同的流道。采用一个流道时，可以采用改变滤液的流动方向来实现反冲。采用两个流道，可以有一个流道用于收获滤液，另一个流道输入培养基，反冲液。两根管路的接入位置可以改变以适合具体的应用。其中，所述滤网1由金属丝编织而成，滤网1有通过编织形成的网孔，网孔均匀布置在滤网1上，网孔的形状和尺寸均一致，滤网的孔径为2～15微米。

如图4或5所示，所述滤袋4内设置有第一流体分布器31，所述第一流体分布器31包括若干个放射状的流道槽，对于面积较小的滤袋4，通过深入滤滤袋4的管路可以有开孔或开槽，实现有效的滤液收集和反冲液的有效流动分布。对于面积较大的滤网袋，一根多孔的管路不能保证有效的流体分布。滤袋4内可以采用第一流体分布器31，使滤液的收集和反冲液的均匀分布到过滤表面。扁板式细胞截流装置在两个滤网1中间也可以有第一流体分布器31，所述第一流体分布器31也可以对细胞截流装置提供支撑作用。

如图8所示，所述基于编织网的扁板式细胞截流装置也可以包括通过垂直的管路11串联起来的若干个滤袋4，这样可以增大过滤面积，相邻的滤袋4之间设置有隔离环8和密封圈9。所述管路11可以用于补充培养基或反冲清洗滤网，管路11侧面有开孔或开槽，可以和滤袋内部连通，用于收获滤液，保证管内的滤液和管外的细胞悬浮液没有接触。所述隔离环8可以用不锈钢，所述密封圈9可以用有弹性的材料。最左边可以有端帽，封住管口，固定所有的滤袋。

采用不锈钢丝或其它材质编织而成的滤网1做成的扁板式滤袋4，也可以被放置在生物反应器内部，用做细胞截留装置或细胞过滤器。这张滤网的细胞截流装置，也可以做成非平面形状。这种设计可以简化反应器和细胞截留系统的设备设计。避免需要将细胞培养液引出反应器并返回反应器的管流和流动驱动装置，比如循环泵等。但有些反应器的设计，特别是软袋状的一次性反应器，通过外部细胞截流装置更可行。

实施例2

反应器外部细胞截流切向流过滤器，特别是不锈钢介质的编织滤网细胞截流装置，具有耐腐蚀，耐高温，高强度，不易磨损等优点。使用这种中空编织网做为过滤分离介质的过滤器，可以用于切向流过滤的细胞灌流操作。过滤器有料液进口和料液出口。过滤器常采用切向流过滤模式。料液在通过过滤器时产生的流动对过滤介质表面能起到冲刷和清洗作用，缓解凝胶层的形成和过滤表面大颗粒或大分子的聚集。

在适用方法上，和前面描述的过滤截流装置使用不同的是，细胞截流装置在反应器外部，细胞培养液通过过滤器内的料液(细胞悬浮液)通道，部分耗竭的细胞培养基可以通过丝网过滤介质而细胞被丝网截流。透过丝网的细胞培养基通过过滤器滤液出口被收集。这种中空编织网可以作为过滤介质并做成多种结构的过滤器。

比如扁板式结构的细胞截流装置用于切向流过滤模式的细胞分离和其它颗粒纯化的应用。在生物反应器外通过用循环切向流过滤(TFF)或往复式切向流过滤(ATF)操作模式，进行细胞分离操作。

如图9-11所示，一种基于编织网的中空网管细胞截流装置，包括中空网管12，所述中空网管12由金属丝直接编织而成，或由滤网1卷制而成并通过连接部32进行拼接。所述连接部32也可以通过焊接或其它方法卷制成中空管。这种中空管的管壁由编织的滤网1构成。卷起来的编织网呈中空管状，其边缘可以重叠并折叠成连接部，所述连接部可以通过焊接、不锈钢包边或树脂封装拼接。结合部重迭区域可以是简单的重叠，也可以是两边先折叠成钩状，然后如图11两个钩形区域紧密相扣，再通过焊接结合，和聚氨酯封闭。这种结构可以将编织网的切割边缘隐匿，避免边缘对过滤和细胞带来的负面影响。折叠后可以用不锈钢包边或树脂封装，和中空纤维膜相似，这种由滤网卷制而成的中空网管，可以被封装到圆柱形的过滤器15内(图12)。所述中空网管12包括网管壁121，所述网管壁121内设置有第二流道分布器122，所述第二流道分布器122包括管芯以及在管芯周向均匀布置的若干个加强筋，所述第二流道分布器122与网管壁121之间形成有料液流道123，所述第二流道分布器122能够降低中空网管12的流道横截面积，在同一循环流量下提高剪切力对膜表面的清洗效果，第二流道分布器122还能够对中空网管12提成支撑作用，加强中空网管12的强度，防止中空网管12受较大外压反冲而变形，所述中空网管12的横截面也可以采用除圆形以外的其他形状。这种中空网管，也可以直接编织成筒状而成。

在具体的封装时，中空网管12可以先在两端头各接一个套头13。套头一端有一用于定位网管的环状槽空隙，宽度在0.1～1mm，中空网管12的一头可以插入环状槽中，然后用树脂或聚氨酯封闭固定。环形套头13周围可以有钩形或其它形状的突出外齿14。所述突出外齿14有助于环形套头13在过滤器内稳定可靠的固定和密封。环形套头13也可以将编织网的切割边缘隐匿，避免这些可能的锋利的滤网边缘对细胞带来的影响。

所说的中空网管12也可以圆形，或其它形状，比如遍圆形，六边形，椭圆形，或其它比表面积较大的形状。这种形状可以通过在滤网1内嵌套一层多孔的刚性的支撑层来保证滤网1的形状。中空网管12做为过滤介质被封装到过滤器15内。过滤器15提供料液入口和出口，以及透过过滤介质的滤液出口。这种过滤器可以用于切向流过滤。

实施例3

一种基于编织网的内衬细胞截流装置，如图13或14所示，包括滤网1、滤液培养基口16、滤液通道夹层17和反应器18，所述滤网1布置在反应器18的内壁，滤网1与反应器18的内壁之间设有滤液通道夹层17，所述滤液通道夹层17上设置至少一个滤液培养基口16，所述滤液培养基口16伸向反应器18外，所述滤网1的截面(图13)为具有缺口的圆形，即滤网1覆盖至少反应器18底面或侧面的一部分。本实施例将细胞截流装置做为生物反应器18的一部分，成为反应器18的内侧壁衬里，或底壁上。这个衬里结构可以覆盖反应器18底部或侧面的一部分。可以通过至少一个管路与滤液通道夹层17相连接，用于收获透过滤网1的培养基或补充培养基。如果需要更高的灌流流量，滤网细胞截流装置也可以采用不同的结构被安装在反应器18外部，通过切向流过滤模式操作。

实施例4

用这种编织网做为过滤器的使用有多重优势，在这使用实例中，可以利用膜的高通透性，使用较小的膜面积就可以支撑较大的反应器的管路操作。

反应器内部布置细胞截流装置

如图15所示，将实施例1提供的一种基于编织网的扁板式细胞截流装置在反应器中实施换液的应用，所述基于编织网的扁板式细胞截流装置的滤网1采用直径为0.035mm～0.019mm的316L不锈钢丝通过平面荷兰编织法编织成网孔结构。编制而成的孔径在2～8微米。这种孔径的网，在室温条件下，水的通量在小于1psi的压力下，可以达到150升/平米/小时或更高。这种双层滤网采用不锈钢封边，在接管路处用环氧树脂密封。所述反应器18内设置有滤袋4和搅拌桨19，所述滤袋4外接有收获液出口20和补液进口21，所述补液进口21的管道上设置有补液泵20。还包括收获液容器24，所述收获液容器24的管路上设置有管夹23或收获液泵25。

所述基于编织网的扁板式细胞截流装置的管路接口可以采用一个同轴复合管路。一个同轴复合管有两个直径不同的内管7和外管6构成。直径较小的管路(内管)固定在直径较大的管路(外管)内。内管内的空间和外观和内管中的空隙形成两个独立的流体通道。这根管路可以通过反应器盖的开孔连接细胞截流装置，并从反应器外部通入的细胞截流装置的两层滤网中间。两个流体通道一个接灌流的收获液，另外一个接灌流补冲培养基液。进入到两层滤网中间的细胞培养基或细胞悬浮液，只有通过管路中的一根才能流出到反应器外。

细胞灌流操作时，这种在生物反应器内置滤网有两种可能的操作模式：a)利用两条液体通道，其中的一路可以用于将透过细胞截流装置的细胞培养液引出反应器(收获模式)，另一路可以用于将所需的全部或部分新鲜的培养基先引到过滤器内部，然后由内向外穿过滤网后到反应器内。在引入的新鲜的培养基的流动方向由内向外，和收获含有细胞培养产品或耗竭的培养基通过滤网的流动方向相反。新鲜培养基由内向外穿过滤网的补液操作模式对可能附着在滤网外面的可能的细胞碎片有反冲和清除作用，有助于保证滤网膜稳定的高通透性能。由于滤网的高通透性，在滤网袋内新鲜培养基可以通过扩散作用在几分钟内和在滤网外的培养基达到平衡。在下一个收获模式开始前，滤网内的培养基也含有和滤网外培养基接近一致的产品浓度和营养物浓度。在通过滤网注入培养基的时间，收获将不能进行。如果为了延长管流收获的时间，可以只将一部分新鲜培养基通过滤网注入，用于反冲滤网。其它所需要的培养基可以通过另外的管路注入反应器。b)一种更简化的操作实例是，滤网袋只结有一根简单的单通道导管，进行从反应器中的收获模式的操作。补液和收获液可以共用一个通道，也可以通过其它的接口注入生物反应器。在这种模式下，如果有潜在的细胞或细胞碎片在滤网表面富集的趋势，可以通过反应器内的混合或搅拌带来的液体流动来清洗滤网表面。还可以用将部分收获液用脉冲的形式进行有效反冲。

过滤器料液通道可以在两端或其它位置，一个用于收集透过液，另外一个用于补充培养基或用于滤网缓冲液。

针对一个2L的不锈钢和玻璃反应器，适用一个扁板状双层结构的过滤截流装置。滤网两面总共有表面积100平方厘米。反应器的有效工作容积是1.5升。采用CHO细胞，在每天灌流体积是2VVD时需要能通过体积1.5L*2＝3L的收获培养基。每小时要平均通过0.125升。

实施例5

如图16所示，一种实施例1提供的一种基于编织网的扁板式细胞截流装置在反应器中实施换液的应用，所述基于编织网的扁板式细胞截为通过垂直的管路11串联起来的若干个滤袋4，本实施例可以用于独立或辅助其他灌流设备用于反应器细胞截流。特别是较大的刚性结构的反应器。可以利用人孔提供的进出反应器的便利，将滤网1安装在反应器壁上或人孔盖板上。其结构可以如图16所示。

在本实施例中，多个滤袋4中间开口，滤袋4内可以有第一流体分布器31，如果需要增加过滤面积可以串列多个滤袋4，通过一根侧面有孔槽的不锈钢管固定在反应器壁上。这个不锈钢管也可以做为滤液的收集管。这个收集管同时也可以做为清洗和消毒的通道。也可以成为蒸汽灭菌的通道。

比如对于1个2，000升的生物反应器，可以使用10个矩形结构滤袋(32厘米*52厘米)，滤袋单侧有效面积1500平方厘米，滤袋间隔1～5厘米。总共有效过滤面积为30，000平方厘米。在这个实施例子中，一个或多个扁板状滤网细胞截流装置通过刚性管路串联和固定。

这种截流装置也可以通过两个或多个料液管来固定。一个连接管用于透过液的采集和输出，另外一个可以用于培养基的导入和反冲液的导入。

实施例6

如图17或18所示，一种实施例2提供的基于编织网的中空网管细胞截流装置在反应器外通过切向流过滤来实现细胞截流的应用。

中空网管细胞截流装置用切向流过滤模式实现细胞分离和其它颗粒纯化的应用。在细胞截留的操作过程中，这种反应器可以用做两种模式，一种是循环切向流模式(TFF)如图17，另外一种可以用做往复切向流模式(ATF)模式如图18所示。在两种模式细胞管流操作中，特别是在细胞培养的后期，细胞碎片较多的情况下，可以让部分或全部补液可透过并反冲滤网，和悬浮的细胞通过管路回到反应器中。

所述循环切向流模式(TFF)包括反应器18，所述反应器18内设置可以有混合装置，所述混合装置为搅拌器19，所述基于编织网的中空网管细胞截流装置布置反应器18的外部且与反应器18连接，

可选地，所述基于编织网的中空网管细胞截流装置100与反应器18之间设置料液循环泵26，通过料液循环泵26使反应器18内的料液或细胞悬浮液与基于编织网的中空网管细胞截流装置100之间形成循环切向流模式(TFF)，所述基于编织网的中空网管细胞截流装置100连接有滤液管路，所述滤液管路包括补液管路27和收获液管路28，所述补液管路27上设置有补液泵22。

可选地，所述基于编织网的中空网管细胞截流装置100一端和反应器18相连，另外一端可以设置往复泵30，通过往复泵30使反应器18内的料液与基于编织网的中空网管细胞截流装置100形成往复切向流模式(ATF)，所述基于编织网的中空网管细胞截流装置100连接有滤液管路，所述滤液管路包括补液管路27和收获液管路28，所述补液管路27上设置有补液泵22。

用这种编织网做为过滤器的使用有多重优势，在这使用实例中，可以利用膜的高通透性和可反冲再生的性能，使用较小的膜面积就可以支撑较大的反应器的管路操作。

由于可以使用面积较小的过滤器，可以使用较小的循环驱动设备，比如使用输出流量较小的循环泵。目前的TFF或ATF只能支持2，000升或更小的反应器的高浓度抗体管路操作。使用这里高通量的过滤网膜，可以扩大已有灌流设备的可适用范围。

对于2，000升的反应器有1800升工作体积，通过中空网管细胞截流装置每个扁管厚度1毫米，宽度10毫米，长度1.2米，单根有过滤面积240平方厘米。通过200根扁管并联，总过滤面积约有4.8米。在过滤通量50升/平方米/小时，每小时可以通过滤液240升，相当于3VVD。

其优点是过滤器不易永久堵塞，可以通过定期反冲再生。

对于更大的反应器，比如10，000升的反应器，可以通过使用面积更大的过滤器，或多个细胞截流过滤器并联。

一种使用实例是可以同时使用内置在反应器内置网袋过滤，和使用TFF或ATF外循环过滤作为细胞截留过滤。在这种情况下，可以有效降细胞管流培养的规模提高到10，000升或更多。

作为细胞反应器衬里，用滤网细胞截流装置作为细胞反应器的衬里图13或14所示，对于小体积的细胞反应器，可以采用图13或14的结构。用滤网细胞截流装置来截流细胞，通过滤网的耗竭的细胞培养基可以通过一个或多个出口被收集。新鲜的培养基也可以通过滤液或培养基口注入。

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更换，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改，等同替换，改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于编织网的扁板式细胞截流装置，其特征在于，包括扁板形状的滤袋，所述滤袋的至少一面设置有滤网，滤袋两层迭合且周边封闭，滤袋连通有至少一个滤液管路；其中，所述滤网由金属丝编织而成，滤网有通过编织形成的网孔，网孔均匀布置在滤网上，且形状和尺寸均相同，滤网的孔径为2～15微米。

2.根据权利要求1所述的基于编织网的扁板式细胞截流装置，其特征在于，所述滤袋两侧的滤网通过不锈钢包边、树脂或聚氨酯连接和密封，滤袋内设置有第一流体分布器，所述第一流体分布器包括若干个放射状的流道，所述基于编织网的扁板式细胞截流装置还能够被加工成半圆形、环形或桶形。

3.根据权利要求2所述的基于编织网的扁板式细胞截流装置，其特征在于，所述滤液管路为复合管路，包括一个或多个不同的流道，采用一个流道时，能够采用改变滤液的流动方向来实现反冲；采用两个流道时，通过其中一个液道收获滤液，另一个液道输入培养基、反冲液。

4.根据权利要求3所述的基于编织网的扁板式细胞截流装置，其特征在于，所述滤袋的数量有若干个，若干个滤袋通过管路联接，用于增大过滤面积，相邻的滤袋之间设置有隔离环和密封圈，所述管路用于收获滤液，以及补充培养基或反冲清洗滤网，管路侧面有开孔或开槽，管路上的开孔或开槽只与滤袋内部连通，用于收获滤液，以使得管路内的滤液和管路外的细胞悬浮液不接触。

5.一种基于编织网的中空网管细胞截流装置，其特征在于，包括中空网管，所述中空网管由金属丝直接编织而成，或由滤网卷制而成并通过连接部进行拼接卷制而成，卷起来的滤网呈中空管状，其边缘重叠并折叠成连接部，所述连接部通过焊接、不锈钢包边或树脂封装拼接，所述中空网管用于被封装到过滤器内作为过滤介质。

6.根据权利要求5所述的基于编织网的中空网管细胞截流装置，其特征在于，所述中空网管包括作为过滤介质的网管壁，所述网管壁内设置有第二流道分布器，所述第二流道分布器包括管芯以及在管芯周向有凸起结构，所述第二流道分布器与网管壁之间形成有料液流道，所述第二流道分布器能够降低中空网管内的流道总横截面积，在相同料液流量下提高流速和对膜表面的清洗效果；所述中空网管的两端连接有环形套头，套头一端有一用于定位网管的环状槽空隙，中空网管的一头插入环状槽中，并用树脂或聚氨酯封闭固定，其中，所述环形套头能够将中空网管的两端的边缘隐匿。

7.一种基于编织网的内衬细胞截流装置，其特征在于，包括滤网、滤液培养基口、滤液通道夹层和反应器，所述滤网布置在反应器的内壁，滤网与反应器的内壁之间设有滤液通道夹层，所述滤液通道夹层上设置至少一个滤液培养基口，所述滤网覆盖至少反应器内壁的一部分；通过至少一个管路与滤液通道夹层相连接，用于收获透过滤网的培养基或补充培养基；其中，所述滤网由金属丝编织而成，滤网有通过编织形成的网孔，网孔均匀布置在滤网上。

8.一种根据权利要求1-3任一项所述的基于编织网的扁板式细胞截流装置在反应器中实现换液的应用，其特征在于，所述滤网采用不同或相同直径的金属丝编织成网孔结构，所述滤网的孔径为2～15微米，所述滤袋设置在反应器内，所述滤袋外接有收获液出口和补液进口，所述补液进口的管道上设置有补液泵；还包括收获液管路，所述收获液管路上设置有管夹、阀门或收获液泵；所述基于编织网的扁板式细胞截流装置的管路接口采用一个或多个独立的液体通道；所述液体通道能够通过反应器盖的开孔连接所述基于编织网的扁板式细胞截流装置，并从反应器外部通入的所述基于编织网的扁板式细胞截流装置的两层滤网之间，进入到两层滤网中间的细胞培养基或细胞悬浮液，只有通过所述液体通道才能流出到反应器外。

9.根据权利要求8所述的基于编织网的扁板式细胞截流装置在反应器中实现换液的应用，其特征在于，所述滤袋的数量有若干个，若干个滤袋通过一根或多根管路并联或串联，用于增大过滤面积，所述管路用于补充培养基或反冲清洗滤网，在使用一根管路串联时，相邻的滤袋之间设置有隔离环和密封圈，管路侧面有开孔或开槽，管路与滤袋内部连通，用于收获滤液，以使得管路内的滤液和管路外的细胞悬浮液不接触；所述若干个滤袋通过管路安装在反应器壁、反应器盖或人孔盖板上；所述滤袋内设置有流体分布器。

10.一种根据权利要求5或6所述的基于编织网的中空网管细胞截流装置在反应器外通过切向流过滤来实现细胞截流的应用，其特征在于，所述滤网的孔径为2～15微米，所述基于编织网的中空网管细胞截流装置布置在反应器外且与反应器连接，所述基于编织网的中空网管细胞截流装置与反应器之间设置料液循环泵，通过料液循环泵使反应器内的料液或细胞悬浮液与基于编织网的中空网管细胞截流装置之间形成循环切向流模式；或者通过往复泵使反应器内的料液与基于编织网的中空网管细胞截流装置形成往复切向流模式，所述基于编织网的中空网管细胞截流装置连接有滤液管路。

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