CN115125105A - 一种一次性生物反应器 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及生物反应设备的领域，公开了一种一次性生物反应器，其包括一次性容器，所述一次性容器上设置有入口和出口，所述一次性容器底部安装有疏水过滤器，所述疏水过滤器连接有供气管，所述一次性容器内于所述疏水过滤器正上方设置有多个用于从所述供气管供入气体中捕获一定体积气体的气泡分割捕捉组件；所述气泡分割捕捉组件包括固定于所述疏水过滤器处的浮带，所述浮带远离所述疏水过滤器的一端为浮动端，所述浮带上沿其延伸方向固定有气泡捕获部。本申请具有提升微生物对培养气体吸收率的效果。
Description
技术领域
本申请涉及生物反应设备的领域，尤其是涉及一种一次性生物反应器。
背景技术
生物制药业中常常采用不锈钢生物系统进行生产，生物制药对于设备的卫生以及洁净度要求高，而在经过高温蒸汽消毒后，不锈钢生物系统可以重复多次使用。但是这种系统不仅成本却高得惊人，而且不易于改造，故工业上一开始寻求以一次性袋配合管路来代替常规不锈钢，实现高灵活度、低成本的方式重新配置生物制药系统。
目前，市面上最为常规的一次性生物反应器，包括生物反应袋，生物反应袋上连接有多个输入管和多个排出管，生物反应袋的底部连接有供气管，例如，在培养好氧微生物时，需要通过供气管向生物反应袋内供入好氧微生物生长需要的氧气，为了方便好氧微生物对氧气的吸收，将供气管设置在生物反应袋底部，且在培养过程中，对生物反应袋进行振动，促进微生物持续运动，接触生物反应袋顶部的氧气。
针对上述中的相关技术，发明人认为，培养微生物气体的密度远远小于生物反应袋内的培养液的密度，所以气体输入培养液后，所能渗入至培养液中的气体量极少，微生物在这个过程中所能吸收到的培养气体极少，即便通过振动，促进培养液内微生物持续运动，接触生物反应袋内顶部的气体，微生物对于培养气体的吸收率依然很低。
发明内容
为了提升微生物对培养气体的吸收率，本申请提供一种一次性生物反应器。
本申请提供的一种一次性生物反应器采用如下的技术方案：
一种一次性生物反应器，包括一次性容器，所述一次性容器上设置有入口和出口，所述一次性容器底部安装有疏水过滤器，所述疏水过滤器连接有供气管，所述一次性容器内于所述疏水过滤器正上方设置有多个用于从所述供气管供入气体中捕获一定体积气体的气泡分割捕捉组件；所述气泡分割捕捉组件包括固定于所述疏水过滤器处的浮带，所述浮带远离所述疏水过滤器的一端为浮动端，所述浮带上沿其延伸方向固定有气泡捕获部。
通过采用上述技术方案，使用时，一次性容器通过吊挂或者放置于容器内进行使用，通过入口向一次性容器内注入培养液体，培养液体内培养有用于反应的微生物，在微生物培养的过程中，通过供气管和疏水过滤器向培养液体内供入用于微生物生长的培养气体，培养气体以气泡的形式从培养液体内上浮，培养气体的气泡在上浮的过程中气泡分割捕捉组件分割为多个小气泡，继而小气泡被气泡捕获部捕获，存在于培养液体内。本申请通过将供入的培养气体以多个小气泡的形式存在培养液体内，有利于加快微生物对培养气体的吸收速度，而且有利于提高培养气体的吸收率，减少培养气体的浪费。此外，本申请中，通过在浮带上设置气泡捕获部，用于对培养气体小气泡进行捕捉，若一次性容器放置倾斜，培养气体气泡仍旧以竖直轨迹上方，浮带的姿态在浮力的作用下也保持竖直，与气泡上浮的轨迹一致，故在一次性容器倾斜姿态使用时，气泡捕获部能够位于气泡上浮的轨迹上，进行气泡的捕捉，确保使用过程中培养气体能够被高效地吸收。
优选的，所述气泡捕获部包括固定在所述浮带上的羽轴以及固定在所述羽轴上的羽瓣。
通过采用上述技术方案，利用羽轴的阻挡促进培养气体气泡分裂成更多的小气泡，继而羽瓣捕获小气泡，培养气体以多个小气泡的形式存在培养液体中，有利于提高培养气体的吸收速度以及吸收率，同时，羽瓣还用于阻挡降低气泡的上浮速度，让培养气体气泡在上浮的过程尽可能地被微生物吸收。
优选的，所述气泡捕获部包括固定在所述浮带上的多个捕捉片，所述捕捉片的底部设置有气泡捕捉槽，所述捕捉片边缘设置有气泡分割刃。
通过采用上述技术方案，培养气体气泡上浮过程中碰撞捕捉片，被气泡分割刃分割，部分存于气泡捕捉槽，部分继续上浮继而被上方的捕捉片捕捉至其气泡捕捉槽内，从而实现将培养气体气泡以多个小气泡的形式稳定地存在于培养液体中，继而在实施过程中，可以振动一次性容器，促进培养液内微生物持续运动，有利于微生物排出气体的排出以及颗粒物沉积至一次性容器内的底部。
优选的，每个所述捕捉片远离所述疏水过滤器的一侧均设置有浮泡，所述浮泡同时位于所述浮带上。
通过采用上述技术方案，利用浮泡提升浮带的上浮性能；同时，上述设置，在培养液体无法完全浸没浮带的情况下，仍可以以较佳的性能进行使用。
优选的，所述捕捉片的顶面为弧面，所述捕捉片顶面中间的高度大于边缘的高度。
通过采用上述技术方案，避免反应中培养液体中的颗粒物沉积在捕捉片的顶面，由于捕捉片捕捉气泡的稳定性高，配合对一次性容器的振动，加速颗粒物从捕捉片顶面滑落沉积在一次性容器内的底部。
优选的，多个所述捕捉片将所述疏水过滤器的上方覆盖。
通过采用上述技术方案，不留培养气体气泡直接上浮至液面上的路径，有利于培养气体尽可能地被捕捉至培养液体中。
优选的，所述捕捉片同轴设置在所述浮带上，所述捕捉片由多个固定在所述浮带上的捕捉瓣组成，多个所述捕捉瓣螺旋一周设置于所述浮带上。
通过采用上述技术方案，进一步减小捕获培养气体气泡的体积，提升捕获气泡的稳定性，有利于提升微生物吸收培养气体的速率。
优选的，所述捕捉片上贯穿开设有多个微孔，所述微孔的直径为0.2mm-1mm。
通过采用上述技术方案，微孔的作用有两点，其一，气泡捕捉槽内的培养气体气泡通过微孔形成更多更小的气泡上浮，进一步加快微生物对培养气体的吸收；其二，微生物吸收培养气体后，培养液体中存在大量的排出气体，排出气体通过微孔上浮至液面后从出口排出，避免排出气体残存在培养液体中。
优选的，与所述一次性容器底部距离越小的所述捕捉片上的所述微孔孔径越大。
通过采用上述技术方案，逐级减小上浮过程中气泡的体积，从而更加有利于培养气体的充分吸收。
优选的，所述捕捉片于所述气泡捕捉槽的中部一体设置有下凸尖体，所述浮带与所述捕捉片之间的连接处设置于所述下凸尖体上，至少设置有一个所述微孔连通所述气泡捕捉槽的最深处。
通过采用上述技术方案，其一，加强浮带与捕捉片之间的连接强度；其二，将气泡捕捉槽的最深处由中心处调整至偏心位置，配合微孔有利于确保微生物的排出气体彻底从气泡捕捉槽内排出。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请通过将输入的培养气体以多个小气泡的形式存在于培养液体中，从而加速微生物对培养气体的吸收，提升培养气体的吸收率，减少培养气体的浪费；
2.本申请通过浮带和气泡捕获部降低培养气体气泡的上浮速度，从而有利于微生物在气泡上浮的过程中吸收培养气体，进一步提升培养气体的吸收率；
3.通过设置微孔，不仅便于培养气体气泡通过微孔形成更多更小的气泡上浮，进一步加快微生物对培养气体的吸收，还用于微生物吸收培养气体后，培养液体中存在大量的排出气体，排出气体通过微孔上浮至液面后从出口排出，避免排出气体残存在气泡捕捉槽内；
4.本申请通过在气泡捕捉槽的中心处设置下凸尖体，一方面，用于增强捕捉片与浮带之间的连接强度和稳定性，另一方面，将气泡捕捉槽的最深处由中心位置调整至偏心位置，配合微孔，有利于气泡捕捉槽内的气体彻底排出上浮。
附图说明
图1是本申请实施例一的一种一次性生物反应器的结构示意图。
图2是图1中A部局部放大图。
图3是本申请实施例二的一种一次性生物反应器的结构示意图。
图4是图3中B部局部放大图。
附图标记说明：1、一次性容器；2、入口；3、出口；4、疏水过滤器；5、供气管；6、浮带；7、羽轴；8、羽瓣；9、捕捉片；10、气泡捕捉槽；11、气泡分割刃；12、浮泡；13、弧面；14、微孔；15、下凸尖体。
具体实施方式
以下结合附图1-4对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种一次性生物反应器。
实施例一：
一种一次性生物反应器，如图1和图2所示，包括一次性容器1，一次性容器1为袋体，其从供应商处直接获得，如法国的Stedim SA和Utah的 Logan的Hyclone。这些袋体的尺寸从几升至2000升或更大。袋体由多层(挤出或层压)塑料薄膜制成，如聚乙烯、聚丙烯、EVA共聚物、EVOH、PET、PETG、特种或专有聚合物，根据清洁度、强度及可见度的所需组合来选择聚合物的种类以及配比。一次性容器1上一体连接有入口2和出口3，入口2和出口3依据需要设置有一个或者多个，入口2的位置可以设置在一次性容器1的顶部、侧壁或者底部，一次性容器1底部安装有疏水过滤器4，疏水过滤器4在本领域是公知的，包括例如可从位于Massachusetts的Billerica的Millipore Corporation公司得到的DURAPORE过滤筒式过滤器或 AERVENT疏水筒式过滤器，疏水过滤器4下端连接有供气管5，疏水过滤器4不仅用于避免一次性容器1内的液体泄露至供气管5内，还用于防止外界以及供气管5内的灰尘、颗粒或者细菌进入一次性容器1内，造成污染，一次性容器1内于疏水过滤器4正上方设置有多个用于从供气管5供入气体中捕获一定体积气体的气泡分割捕捉组件。
使用时，将一次性容器1挂起使用或者内置在金属容器内使用。通过入口2将带有微生物的溶液输入至一次性容器1内，反应过程中需要增加的培养液体也从入口2导入，培养过程中，通过供气管5和疏水过滤器4向一次性容器1内导入培养气体，微生物吸收培养气体后会排出气体，例如好氧微生物吸入氧气后排出二氧化碳，微生物排出的气体上浮至一次性容器1的顶部通过出口3排出。
气泡分割捕捉组件包括一体连接于一次性容器1内底壁的多个浮带6，且多个浮带6设置于靠近疏水过滤器4处，浮带6远离疏水过滤器4的一端一体连接有浮泡12，形成浮动端，浮带6上沿其延伸方向固定有气泡捕获部。本实施例中，气泡捕获部包括固定在浮带6上的羽轴7以及固定在羽轴7上的羽瓣8，羽轴7远离浮带6的一端向下倾斜设置，以便于尽可能地捕获培养气体的气泡。
实施例一的实施原理为：使用中，浮带6完全浸没在液体中，浮泡12的浮力拉着浮带6处于竖直状态，即便一次性容器1被倾斜使用，浮带6的姿态也能与气泡上浮轨迹匹配，确保气泡分割捕捉组件能够充分、稳定地捕捉培养气体气泡，培养气体通过供气管5和疏水过滤器4输入一次性容器1内的培养液体内，培养液体内会形成培养气体的气泡，这些气泡上浮的过程中，撞击到羽瓣8和羽轴7后分裂成多个小气泡，小气泡上浮过程中被上方的羽瓣8捕获，从而在培养液体内形成多个培养气体的小气泡，有利于培养气体尽可能地与液体中的微生物接触继而被吸收，提升培养气体的吸收速度以及充分度，减少培养气体的浪费；此外，利用多个羽瓣8的阻挡，降低培养气体气泡的上浮速度，在气泡上浮的过程中，尽可能地与液体中的微生物接触继而被吸收，进一步提升培养气体的吸收率。
实施例二：
一种一次性生物反应器，如图3和图4所示，与实施例一的不同之处在于，气泡捕获部包括同轴一体固定在浮带6上的多个捕捉片9，多个捕捉片9沿浮带6延伸方向等距分布，捕捉片9的顶面为弧面13，捕捉片9顶面中间的高度大于边缘的高度。捕捉片9的底部凹陷形成气泡捕捉槽10，捕捉片9于气泡捕捉槽10的中部一体设置有下凸尖体15，下凸尖体15呈圆锥状，浮带6与捕捉片9之间的连接处设置于下凸尖体15上，捕捉片9边缘形成有气泡分割刃11。
每个捕捉片9远离疏水过滤器4的一侧均设置有浮泡12，浮泡12与捕捉片9一一对应，浮泡12同时一体连接在浮带6上，如此设置，即便浮带6不完全浸没在液体内，浮带6也具备良好的竖直悬浮性能。
浮带6与一次性容器1底部的连接处为连接点，多个连接点呈多列分布，多列连接点平行设置，相邻列之间的距离为捕捉片9的半径，相邻列的连接点交错设置，相邻列的连接点在列的延伸方向错开的距离为捕捉片9的半径，同时，相邻列的捕捉片9在高度上交错设置，以此实现，多个捕捉片9将疏水过滤器4的上方覆盖，即培养气泡无法通过竖直路径到达液面，从而尽可能将培养气体留在液体内，提升培养气体的吸收率。
捕捉片9上贯穿开设有多个微孔14，捕捉片9于气泡捕捉槽10的最深处至少贯穿开设有一个微孔14，微孔14的直径为0.2mm-1mm，其中，与一次性容器1底部距离越小的捕捉片9上的微孔14孔径越大。
实施例二的实施原理为：使用时同时振动一次性容器1，供入一次性容器1内的培养气体气泡被气泡分割刃11切割，形成的小气泡被捕捉在气泡捕捉槽10内率，由于气泡捕捉槽10捕捉气泡的稳定性更强，所以轻度的振动不会造成气泡脱离气泡捕捉槽10，只用于促进培养液内微生物持续运动，提升培养气体的吸收率；
对于会产生沉降物的微生物反应，例如酿制葡萄酒，由于捕捉片9顶部中间高边缘低，沉积颗粒物落在在捕捉片9顶面，在振动作用下，沉积颗粒物落从弧面13滑落，从而有利于沉降颗粒物沉降在一次性容器1的底部，保证上层培养液体清澈；
微孔14的作用有两个,其一，在振动一次性容器1的作用下，气泡捕捉槽10内的培养气体气泡还会穿过微孔14上浮，尤其是底部捕捉片9上的微孔14孔径较大，更加利于培养气体气泡通过微孔14，形成多个微气泡上浮，继而培养气气体与微生物之间的接触会更加充分，进一步提升培养气体的吸收率；其二，微生物在吸收培养气体后，会排出气体，例如二氧化碳气体，为避免二氧化碳气体被集中捕获至气泡捕捉槽10内，微生物排出的气体气泡体积很小，通过设置微孔14，便于二氧化碳气体穿过捕捉片9，上浮至一次性容器1顶部由出口3排出。
通过设置下凸尖体15以实现两方面的优化，其一，增强捕捉片9与浮带6之间的连接强度；其二，将气泡捕捉槽10的最深处向周侧转移，配合微孔14，有利于将气泡捕捉槽10内的二氧化碳气泡排尽。
与实施例一相比，本实施例中，捕获片捕捉气泡的稳定性更强，培养气体的小气泡不易从气泡捕捉槽10内脱离，故在使用过程中，可以振动一次性容器1，用于促进微生物的运动，便于微生物尽可能地吸收到培养气泡，同时便于微生物排出的气体上浮，排出至一次性容器1的顶部，通过出口3排出，此外，有利于反应产生的颗粒物沉降在一次性容器1底部。
实施例三：
一种一次性生物反应器，与实施例二的不同之处在于，捕捉片9由四个一体固定在浮带6上的捕捉瓣组成，捕捉瓣的圆心角为九十度，每个捕捉瓣的底部均开设有一个气泡捕捉槽10，四个捕捉瓣螺旋一周设置于浮带6周侧。
实施例三的实施原理与实施例二相同，在实施例二的基础上，进一步减小单个气泡捕捉槽10的体积，捕获培养气体气泡的体积更小，有利于培养气体与微生物更加充分接触，进一步提高培养气体的被吸收速度以及被吸收率。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种一次性生物反应器，包括一次性容器(1)，所述一次性容器(1)上设置有入口(2)和出口(3)，其特征在于：所述一次性容器(1)底部安装有疏水过滤器(4)，所述疏水过滤器(4)连接有供气管(5)，所述一次性容器(1)内于所述疏水过滤器(4)正上方设置有多个用于从所述供气管(5)供入气体中捕获一定体积气体的气泡分割捕捉组件；所述气泡分割捕捉组件包括固定于所述疏水过滤器(4)处的浮带(6)，所述浮带(6)远离所述疏水过滤器(4)的一端为浮动端，所述浮带(6)上沿其延伸方向固定有气泡捕获部。
2.根据权利要求1所述的一种一次性生物反应器，其特征在于：所述气泡捕获部包括固定在所述浮带(6)上的羽轴(7)以及固定在所述羽轴(7)上的羽瓣(8)。
3.根据权利要求1所述的一种一次性生物反应器，其特征在于：所述气泡捕获部包括固定在所述浮带(6)上的多个捕捉片(9)，所述捕捉片(9)的底部设置有气泡捕捉槽(10)，所述捕捉片(9)边缘设置有气泡分割刃(11)。
4.根据权利要求3所述的一种一次性生物反应器，其特征在于：每个所述捕捉片(9)远离所述疏水过滤器(4)的一侧均设置有浮泡(12)，所述浮泡(12)同时位于所述浮带(6)上。
5.根据权利要求3所述的一种一次性生物反应器，其特征在于：所述捕捉片(9)的顶面为弧面(13)，所述捕捉片(9)顶面中间的高度大于边缘的高度。
6.根据权利要求3所述的一种一次性生物反应器，其特征在于：多个所述捕捉片(9)将所述疏水过滤器(4)的上方覆盖。
7.根据权利要求3所述的一种一次性生物反应器，其特征在于：所述捕捉片(9)同轴设置在所述浮带(6)上，所述捕捉片(9)由多个固定在所述浮带(6)上的捕捉瓣组成，多个所述捕捉瓣螺旋一周设置于所述浮带(6)上。
8.根据权利要求3、5或6任一项所述的一种一次性生物反应器，其特征在于：所述捕捉片(9)上贯穿开设有多个微孔(14)，所述微孔(14)的直径为0.2mm-1mm。
9.根据权利要求8所述的一种一次性生物反应器，其特征在于：与所述一次性容器(1)底部距离越小的所述捕捉片(9)上的所述微孔(14)孔径越大。
10.根据权利要求8所述的一种一次性生物反应器，其特征在于：所述捕捉片(9)于所述气泡捕捉槽(10)的中部一体设置有下凸尖体(15)，所述浮带(6)与所述捕捉片(9)之间的连接处设置于所述下凸尖体(15)上，至少设置有一个所述微孔(14)连通所述气泡捕捉槽(10)的最深处。
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