CN115044451A - 摇摆式生物反应器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种摇摆式生物反应器，包括：箱体外壳；托盘，托盘包括托盘底板及托盘面板；托盘底板位于箱体外壳的上方，与箱体外壳具有间距；托盘面板位于托盘底板上；电动机，位于箱体外壳内；电动缸，位于箱体外壳内，与电动机相连接；电动缸在电动机的驱动下往返直线运动；连杆，一端与电动缸相连接，另一端延伸至箱体外壳外侧，并与托盘底板相连接；连杆在电动缸的驱动下带动托盘摇摆运动。本发明的摇摆式生物反应器在对细胞培养的过程中，剪应力较小，且不会存在液体返混现象，不会产生气泡聚并，效率较高，同时溶氧效果好，细胞成活率高；同时，本发明的所述摇摆式生物反应器使用电动机驱动，操作简单，控制精密较高。

Description

摇摆式生物反应器

技术领域

本发明涉及生物反应器领域，特别是涉及一种摇摆式生物反应器。

背景技术

生物反应器是利用酶或生物体(如微生物)所具有的生物功能，在体外进行生化反应的装置系统，它是一种生物功能模拟机。目前市场上的生物反应器一般分为机械搅拌式生物反应器及气升式生物反应器等。以传统的机械搅拌式生物反应器为例，其主要是以桨叶的旋转运动混合培养液，这种方法优点在于结构简单，培养液中的溶氧含量高，但是桨叶的旋转造成的剪应力大，对细胞的成活率有很大的影响。以传统的气升式生物反应器为例，其主要是气体鼓泡通过含有反应物或催化剂的液层以实现气液相反应过程，这种方法的优点在于结构简单，造价低，易控制，混合和传热传质性能好，但液体返混严重，气泡易产生聚并，故效率较低。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提出了一种摇摆式生物反应器，用于解决现有技术中的机械搅拌式生物反应器存在的剪应力大对细胞的成活率有很大影响的问题，及现有技术中的气升式生物反应器存在的液体返混严重，气泡易产生聚并，进而导致效率较低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种摇摆式生物反应器，包括：

箱体外壳；

托盘，所述托盘包括托盘底板及托盘面板；所述托盘底板位于所述箱体外壳的上方，与所述箱体外壳具有间距；所述托盘面板位于所述托盘底板上；

电动机，位于所述箱体外壳内；

电动缸，位于所述箱体外壳内，与所述电动机相连接；所述电动缸在所述电动机的驱动下往返直线运动；

连杆，一端与所述电动缸相连接，另一端延伸至所述箱体外壳外侧，并与所述托盘底板相连接；所述连杆在所述电动缸的驱动下带动所述托盘摇摆运动。

可选地，所述摇摆式生物反应器还包括：

载重板支架，位于所述托盘底板的下方，与所述托盘底板的底部相连接；

支架，位于所述箱体外壳内；所述电动机及所述电动缸均位于所述支架内，所述连杆连接所述托盘底板的一端延伸至所述支架外侧；

支撑架，位于所述支架的上表面；所述支撑架内设有轴承；

中心轴，所述中心轴一端与所述载重板支架相连接，另一端插入至所述轴承内，以将所述载重板支架与所述支撑架相连接。

可选地，所述载重板支架的数量、所述支撑架的数量及所述中心轴的数量均为多个，多个所述支撑架于所述支架的上表面间隔排布，所述连杆位于所述支撑架之间；所述载重板支架、所述支撑架及所述中心轴一一对应设置。

可选地，所述摇摆式生物反应器还包括：

电气安装板，位于所述支架的侧面；

电气件，位于所述电气安装板的表面。

可选地，所述摇摆式生物反应器还包括：

称重传感器，所述称重传感器位于所述箱体外壳内，且位于所述支架的底部；

滑轮，所述滑轮位于所述箱体外壳的底部。

可选地，所述摇摆式生物反应器还包括：

加热板，所述加热板位于所述托盘底板的上表面，所述托盘面板位于所述加热板的上表面；

温度传感器，位于所述托盘面板上。

可选地，所述托盘底板相对的两侧均设有托盘边；所述摇摆式生物反应器还包括：

驱动电机，位于所述托盘边的两侧；

下夹板，位于所述托盘边的内侧；

上夹板，位于所述托盘边的内侧，与所述驱动电机的输出轴相连接；所述上夹板在所述驱动电机的驱动下旋转，以调节与所述下夹板之间的距离。

可选地，所述箱体外壳的后侧设有开口，所述开口将所述箱体外壳内部与所述箱体外部相连通；所述箱体外壳的后侧还设有后盖，所述后盖铰接于开口边缘的所述箱体外壳上。

可选地，所述摇摆式生物传感器还包括：

罩壳，所述罩壳扣置于所述托盘上；

电动推杆，一端与所述托盘底板相连接，另一端与所述罩壳相连接。

可选地，所述罩壳上设有可开启挡板。

如上所述，本发明的摇摆式生物反应器，具有以下有益效果：本发明的所述摇摆式生物反应器中的所述电动缸的推杆与所述连杆相连，所述连杆与所述托盘底板连接，将直线运动转化为所述托盘的摇摆运动；本发明的所述摇摆式生物反应器在对细胞培养的过程中，采用摇摆模式，不存在机械搅拌式生物反应器中的桨叶旋转，剪应力较小，且不存在气升式生物反应器中的气体鼓泡，不会存在液体返混现象，不会产生气泡聚并，效率较高，同时溶氧效果好，细胞成活率高；同时，本发明的所述摇摆式生物反应器使用电动机驱动，操作简单，控制精密较高。

附图说明

图1为本发明的摇摆式生物反应器的正视结构示意图。

图2为本发明的摇摆式生物反应器的剖面结构示意图。

元件标号说明：

1、箱体外壳，2、滑轮，3、可开启挡板，4、罩壳，5、托盘底板，6、中心轴，7、载重板支架，8、上夹板，9、驱动电机，10、下夹板，11、支撑架，12、电动机，13、支架，14、称重传感器，15、电动推杆，16、温度传感器，17、托盘边，18、托盘面板，19、加热板，20、轴承，21、连杆，22、电动缸，23、电气安装板，24、后盖，25、支撑杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

实施例一

请参阅图1及图2所示，本发明提供一种摇摆式生物反应器，所述摇摆式生物反应器包括：

箱体外壳1；

托盘，所述托盘包括托盘底板5及托盘面板18；所述托盘底板5位于所述箱体外壳1的上方，与所述箱体外壳1具有间距；所述托盘面板18位于所述托盘底板5上；

电动机12，所述电动机12位于所述箱体外壳1内；

电动缸22，所述电动缸22位于所述箱体外壳1内，与所述电动机12相连接；所述电动缸22在所述电动机12的驱动下往返直线运动；

连杆21，所述连杆21一端与所述电动缸22相连接，另一端延伸至所述箱体外壳1外侧，并与所述托盘底板5相连接；所述连杆21在所述电动缸22的驱动下带动所述托盘摇摆运动。

本发明的所述摇摆式生物反应器中的所述电动缸22的推杆与所述连杆21相连，所述连杆21与所述托盘底板5连接，将直线运动转化为所述托盘的摇摆运动；本发明的所述摇摆式生物反应器在对细胞培养的过程中，采用摇摆模式，不存在机械搅拌式生物反应器中的桨叶旋转，剪应力较小，且不存在气升式生物反应器中的气体鼓泡，不会存在液体返混现象，不会产生气泡聚并，效率较高，同时溶氧效果好，细胞成活率高；同时，本发明的所述摇摆式生物反应器使用电动机驱动，操作简单，控制精密较高。又本发明的所述摇摆式生物反应器采用摇摆模式，可以使得细胞培养袋中液面与气体接触面积，提高液体混合均匀的效果。

具体的，在本实施例，所述电动机12可以为但不仅限于集成式伺服电机。所述连杆21与所述托盘底板5可以采用铰接的方式相连接，以便于所述托盘摇摆运动。

进一步的，所述电动机12通过同步带与所述电动缸22相连，将所述电动机12的旋转运动转化为所述电动缸22的直线运动。所述电动缸22的推杆与所述连杆21相连，所述连杆21与所述托盘底板5相连接，将直线运动转化为所述托盘的摇摆运动。

具体的，所述电动缸22的底部可以采用铰链连接的方式，可以实施角度的偏转，以补偿高度误差。

在一示例中，所述托盘可以适用于一个最大200L(升)的细胞培养袋；或者适用于两个100L的细胞培养袋。其中两个100L细胞培养袋的培养参数可以分开单独控制，所述培养参数可以包括温度、PH值及DO(溶氧)值。

实施例二

请继续参阅图1及图2，本实施例中还提供一种摇摆式生物反应器，本实施例中的所述摇摆式生物反应器除包括如上述实施例中的结构外还包括本实施例中更为具体的结构。

作为示例，所述摇摆式生物反应器还可以包括：

载重板支架7，所述载重板支架7位于所述托盘底板5的下方，所述载重板支架7与所述托盘底板5的底部相连接；

支架13，所述支架13位于所述箱体外壳1内；所述电动机12及所述电动缸22均位于所述支架13内，所述连杆21连接所述托盘底板5的一端延伸至所述支架13外侧；

支撑架11，所述支撑架11位于所述支架13的上表面；所述支撑架11内设有轴承20；

中心轴6，所述中心轴6一端与所述载重板支架7相连接，另一端插入至所述轴承20内，以将所述载重板支架7与所述支撑架11相连接。

具体的，所述支架13用于托盘的支撑。所述支架13顶部安装有所述支撑架11，所述支撑架11内部安装所述轴承20，上述设置可以减小摩擦。所述轴承20与所述中心轴6连接。所述中心轴6安装在所述载重板支架7上。

进一步的，所述支架13的端面形状可以为矩形、正方形或梯形等等，在本实施例中，所述支架13的端面形状以梯形为例。

在一示例，所述支架13还可以包括支撑杆25，所述支撑杆25可以对所述支架13起到支撑加固的作用。

作为示例，所述载重板支架7的数量、所述支撑架11的数量及所述中心轴6的数量均为多个，多个所述支撑架11于所述支架13的上表面间隔排布，所述连杆21位于所述支撑架11之间；所述载重板支架7、所述支撑架11及所述中心轴6一一对应设置。

需要说明的是，图1及图2中，以所述载重板支架7的数量、所述支撑架11的数量及所述中心轴6的数量均为两个，且以两个所述支撑架11分别位于所述支架13相对的两端作为示例，在其他示例中，所述载重板支架7的数量、所述支撑架11的数量及所述中心轴6的数量并不以此为限。

作为示例，所述支撑架11与所述载重板支架7还可以设有转轴结构(未标示出)，所述中心轴6穿过所述转轴结构，以将所述支撑架11与所述载重板支架7相连接。所述转轴结构的高度可以小于所述载重板支架7的高度，所述转轴结构可以将所述支撑架11与所述载重板支架7隔开一定间距，可以减小所述支撑架11与所述载重板支架7之间的摩擦。

作为示例，所述摇摆式生物反应器还可以包括：

电气安装板23，所述电气安装板23位于所述支架13的侧面；

电气件，所述电气件位于所述电气安装板23的表面。

作为示例，所述摇摆式生物反应器还可以包括：

称重传感器14，所述称重传感器14位于所述箱体外壳1内，且位于所述支架13的底部；

滑轮2，所述滑轮2位于所述箱体外壳1的底部。

具体的，所述称重传感器14的数量可以根据实际需要进行设置，本实施例中，所述称重传感器14的数量可以为四个，四个所述称重传感器14可以对称分布于所述支架13的四个底角处。当然，在其他示例中，所述称重传感器14的数量还可以为两个、六个、八个或更多个。所述称重传感器14用于产品的重量测量。

在本实施例中，所述摇摆式生物反应器还可以包括滑轮2，所述滑轮2可以包括定滑轮和动滑轮；优选地，所述滑轮2可以包括两组定滑轮和两组动滑轮。两组所述定滑轮和两组所述动滑轮共四组所述滑轮2可以分别安装于所述箱体外壳1的底部的四个底角处。所述箱体外壳1底部安装有所述滑轮2可以便于所述摇摆式生物反应器的移动。

作为示例，请继续参阅图2，所述摇摆式生物反应器还可以包括：

加热板19，所述加热板19位于所述托盘底板5的上表面，所述托盘面板18位于所述加热板19的上表面；

温度传感器16，所述温度传感器16位于所述托盘面板18上。

具体的，在所述托盘底板5的上面安装所述加热板19提供细胞生长所需要的温度。所述温度传器16的数量可以根据实际需要进行设置，优选地，本实施例中，所述温度传感器16的数量可以为两个。当然，在其他示例中，所述温度传感器16的数量还可以为一个、三个、四个、五个、六个或更多个。所述温度传感器16是用来实时检测细胞培养袋内部的温度；通过设置所述加热板19及所述温度传感器16，可以为细胞培养袋中的细胞生长提供适宜的生长温度。。

作为示例，所述托盘底板5相对的两侧均设有托盘边17；所述摇摆式生物反应器还可以包括：

驱动电机9，所述驱动电机9位于所述托盘边17的两侧；当然，在其他示例中，所述驱动电机9也可以仅位于所述托盘边17的外侧或仅位于所述托盘边17的内侧；

下夹板10，所述下夹板10位于所述托盘边17的内侧；

上夹板8，所述上夹板8位于所述托盘边17的内侧，与所述驱动电机9的输出轴相连接；所述上夹板8在所述驱动电机9的驱动下旋转，以调节与所述下夹板10之间的距离。

进一步的，所述驱动电机9的转动下带动所述上夹板8的运动，缩小与所述下夹板10的角度，从而缩小与所述下夹板10的距离，以此来固定细胞培养袋。

作为示例，所述箱体外壳1的后侧设有开口(未示出)，所述开口将所述箱体外壳1内部与所述箱体外部相连通；所述箱体外壳1的后侧还设有后盖24，所述后盖24铰接于开口边缘的所述箱体外壳1上。

具体的，所述箱体外壳1后面设有可以打开的所述后盖24，便于设备的维修，安装等工作。

作为示例，所述摇摆式生物传感器还可以包括：

罩壳4，所述罩壳4扣置于所述托盘上；

电动推杆15，所述电动推杆15一端与所述托盘底板5相连接，另一端与所述罩壳4相连接。

具体的，在本实施例中，所述托盘上安装所述罩壳4，具体的，可以为所述罩壳4两侧安装两个电动推杆15，所述电动推杆15一端安装在所述托盘底板5上，另一端与所述罩壳4连接，在所述电动推杆15的运动下，可以完成所述罩壳5的开关。

作为示例，所述罩壳4上可以设有可开启挡板3。

具体的，所述罩壳4上安装可开启挡板3，便于观察所述罩壳4内的细胞培养袋内情况，也可以用来完成补料，取样等工作。

本发明的所述电动缸22的重复定位精度可以达到0.02，可以确保控制精度较高。本发明可以均采用电动智能控制，包括所述托盘的摇摆运动采用所述电动机12及电动缸22控制，细胞培养袋的固定采用所述驱动电机9的控制，所述罩壳4的开关采用所述电动推杆15控制等等；具体的，可以通过控制器控制所述电动机12、所述驱动电机9及所述电动推杆15，以实现上述控制。本发明的整体系统提供了细胞增殖扩增所需的稳定适宜的生长环境，进而可以满足细胞药物制备生产规范及工艺的要求，制备获得符合应用安全性及有效性要求的细胞产品。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种摇摆式生物反应器，其特征在于，包括：

箱体外壳；

托盘，所述托盘包括托盘底板及托盘面板；所述托盘底板位于所述箱体外壳的上方，与所述箱体外壳具有间距；所述托盘面板位于所述托盘底板上；

电动机，位于所述箱体外壳内；

电动缸，位于所述箱体外壳内，与所述电动机相连接；所述电动缸在所述电动机的驱动下往返直线运动；

连杆，一端与所述电动缸相连接，另一端延伸至所述箱体外壳外侧，并与所述托盘底板相连接；所述连杆在所述电动缸的驱动下带动所述托盘摇摆运动。

2.根据权利要求1所述的摇摆式生物反应器，其特征在于：所述摇摆式生物反应器还包括：

载重板支架，位于所述托盘底板的下方，与所述托盘底板的底部相连接；

支架，位于所述箱体外壳内；所述电动机及所述电动缸均位于所述支架内，所述连杆连接所述托盘底板的一端延伸至所述支架外侧；

支撑架，位于所述支架的上表面；所述支撑架内设有轴承；

中心轴，所述中心轴一端与所述载重板支架相连接，另一端插入至所述轴承内，以将所述载重板支架与所述支撑架相连接。

3.根据权利要求2所述的摇摆式生物反应器，其特征在于：所述载重板支架的数量、所述支撑架的数量及所述中心轴的数量均为多个，多个所述支撑架于所述支架的上表面间隔排布，所述连杆位于所述支撑架之间；所述载重板支架、所述支撑架及所述中心轴一一对应设置。

4.根据权利要求2所述的摇摆式生物反应器，其特征在于：所述摇摆式生物反应器还包括：

电气安装板，位于所述支架的侧面；

电气件，位于所述电气安装板的表面。

5.根据权利要求2所述的摇摆式生物反应器，其特征在于：所述摇摆式生物反应器还包括：

称重传感器，所述称重传感器位于所述箱体外壳内，且位于所述支架的底部；

滑轮，所述滑轮位于所述箱体外壳的底部。

6.根据权利要求1所述的摇摆式生物反应器，其特征在于：所述摇摆式生物反应器还包括：

加热板，所述加热板位于所述托盘底板的上表面，所述托盘面板位于所述加热板的上表面；

温度传感器，位于所述托盘面板上。

7.根据权利要求1所述的摇摆式生物反应器，其特征在于：所述托盘底板相对的两侧均设有托盘边；所述摇摆式生物反应器还包括：

驱动电机，位于所述托盘边的两侧；

下夹板，位于所述托盘边的内侧；

上夹板，位于所述托盘边的内侧，与所述驱动电机的输出轴相连接；所述上夹板在所述驱动电机的驱动下旋转，以调节与所述下夹板之间的距离。

8.根据权利要求1所述的摇摆式生物反应器，其特征在于：所述箱体外壳的后侧设有开口，所述开口将所述箱体外壳内部与所述箱体外部相连通；所述箱体外壳的后侧还设有后盖，所述后盖铰接于开口边缘的所述箱体外壳上。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的摇摆式生物反应器，其特征在于：所述摇摆式生物传感器还包括：

罩壳，所述罩壳扣置于所述托盘上；

电动推杆，一端与所述托盘底板相连接，另一端与所述罩壳相连接。

10.根据权利要求9所述的摇摆式生物反应器，其特征在于：所述罩壳上设有可开启挡板。

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