CN115521871A - 一种用于细胞培养的动力装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于细胞培养的动力装置，包括管路系统和管道挤压动力组件，其特征在于，所述管路系统包括第一管道、第二管道、第三管道，及所述第一管道、第二管道连接的第一单向阀和所述第二管道、第三管道连接的第二单向阀，所述第一单向阀、第二单向阀液流方向一致，所述管道挤压动力组件通过挤压第二管路为细胞循环培养管路系统提供液流动力。

Description

一种用于细胞培养的动力装置

技术领域

本发明涉及细胞培养技术领域，特别涉及一种用于细胞培养的动力装置。

背景技术

细胞培养本质是细胞的大规模克隆，现已广泛应用于生物学、医学、新药研发等领域，成为生物技术中最核心、最基础的技术之一。细胞培养主要有两种方式，贴壁培养和悬浮培养。贴壁培养的细胞需贴附在一定的固相表面，占地大，生产效率低下，不易细胞大规模生产。随着生物反应器技术的发展，用无血清培养基和流加培养工艺悬浮培养细胞已成为主流技术。然而，该技术仍然存在细胞悬浮培养不断搅动带来的剪切力损伤，以及培养过程维持无菌状态难度大等问题。

因此，需要一种新型用于的细胞培养的动力装置，其能有效避免细胞悬浮培养时剪切力带来的损伤，还能避免因管道灭菌不充分带来污染，其结构简单、操作方便，可以通过拆卸管道灭菌循环使用，同时因管道成本低也可作为一次使用耗材。

发明内容

针对现有细胞培养存在的细胞剪切损伤和污染问题，本申请基于细胞灌流培养装置提供了一种结构简单、操作方便，价格便宜且易更换或灭菌的用于细胞培养的动力装置。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。

一种用于细胞培养的动力装置，包括管路系统和管道挤压动力组件，所述管路系统包括第一管道、第二管道、第三管道，及所述第一管道、第二管道连接的第一单向阀和所述第二管道、第三管道连接的第二单向阀，所述第一单向阀、第二单向阀液流方向一致，所述管道挤压动力组件通过挤压第二管路控制第二管路形变为细胞循环培养管路系统提供液流动力。

优选的，所述第二管道为软管。

优选的，所述第二管道的材质选自聚四氟乙烯、可熔性聚四氟乙烯、氨基塑料或硅胶中的一种。

优选的，所述第二管道的内径为0.2-15 mm，长度为1-10 cm；进一步优选所述第二管道内径为1-8 mm，长度为3-5 cm。

优选的，所述第一管道、第三管道为透气性材料。

优选的，所述第一管道、第三管道的内径与第二管道相同。

优选的，所述第一管道、第二管道、第三管道与第一单向阀、第二单向阀通过第一单向阀、第二单向阀上设置的固定接头可拆式密封连接。

优选的，所述第一单向阀、第二单向阀为隔膜单向阀、弹簧单向阀、重力单向阀、旋启单向阀中的任一种。进一步优选，所述第一单向阀、第二单向阀为软管隔膜单向阀、鸭嘴单向阀、弹簧单向阀中任一种。

优选的，所述第一单向阀、第二单向阀由PP、PVDF、PAF、PCF、ABS材料制成。

优选的，所述管道挤压动力组件包括挤压支架及动力驱动部件，所述挤压支架为一个或多个。

优选的，所述挤压支架为两个，其设置在第二管道两侧，通过相向运动挤压第二管道。

优选的，所述动力驱动部件包括用于控制挤压支架运动状态的控制单元，所述控制单元调节挤压支架的振幅和频率，从而控制管道中细胞悬液的流速。

常规的细胞悬浮培养有批次培养、补料批次培养、灌流培养等。现有的培养技术基本上也都要采用生物反应器，生物反应器价格昂贵，且每次使用时需要灭菌充分，不然容易造成反应体系的污染，同时还常常会发生因搅拌器对细胞造成的损伤，使细胞和/或代谢物产量降低。

本发明中，采用管路系统与管道挤压动力组件的结构，可以实现细胞管路培养，不依赖生物反应器。本发明中，通过动力驱动部件挤压支架实现管道内细胞悬液的管路培养，可有效控制细胞悬液的流速，实现低流速下稳态操作，保证细胞或产生的蛋白等代谢物的产量。本发明培养管路系统易于拆卸灭菌，实现了操作灵活度，且因管路系统选用聚四氟乙烯、可熔性聚四氟乙烯、氨基塑料或硅胶的材质制成，单向阀采用PP、PVDF材料制成，价格便宜，可作为一次性使用耗材，有效避免因多次使用导致灭菌不充分带来的染菌风险。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

在附图中：

图1为本发明的一种用于细胞培养的动力装置的结构示意图；

图2为本发明的一种用于细胞培养的动力装置的一实施例结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的技术方案和实施例。显然，所描述的是技术方案和实施例是为了方便理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求提及“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

图1给出了本发明一种实施例的用于细胞培养的动力装置的结构示意图。从图可以看出，所述用于细胞培养的动力装置，包括管路系统和管道挤压动力组件，其中所述管路系统包括第一管道（1）、第二管道（2）、第三管道（3），以及所述第一管道（1）、第二管道（2）间连接有第一单向阀（4）和第二管道（2）、第三管道（3）间连接有第二单向阀（5）。第一管道（1）、第一单向阀（4）、第二管道（2）、第二单向阀（5）、第三管道（3）相互连通形成管道通路，其中第一单向阀（4）、第二单向阀（5）控制液体流向，所述第一单向阀（4）、第二单向阀（5）控制液体流向相同。所述管道挤压动力组件通过挤压第二管路，控制第二管路的形变为细胞循环培养管路系统提供液流动力。

在本发明的实施例中，第一单向阀（4）、第二单向阀（5）的材质不受限制，优选不变形的材质，且可高温灭菌的材质，以减少使用成本，例如PP、PVDF、PAF、PCF、ABS等。以上仅仅是一实施例，不作为对其他材质限制。

在本发明的实施例中，第一单向阀（4）、第二单向阀（5）的尺寸不受限制。

在一实施方式中，第一单向阀（4）、第二单向阀（5）为隔膜单向阀、弹簧单向阀、重力单向阀、旋启单向阀中的任一种。在一具体实施例中，第一单向阀（4）、第二单向阀（5）为软管隔膜单向阀、鸭嘴单向阀、弹簧单向阀中任一种。

在一实施方式中，所述第二管道的内径为0.2-15 mm，长度为1-10 cm。在一具体实施方式中，所述第二管道内径为1-8 mm，长度为3-5 cm。

本发明中，所述管道挤压动力组件通过挤压第二管道（2），控制其形变为细胞循环培养管路系统提供液流动力，第二管道（2）由弹性材质制作，进一步第二管道（2）为软管。在一实施例中，第二管道（2）的材质选自聚四氟乙烯、可熔性聚四氟乙烯、氨基塑料和/或硅胶。

在一实施方式中，第一管道（1）、第三管道（3）的长度不做任何限制，根据细胞培养的需要可以选择任何需要的长度，其内径尺寸没有具体限制，但为了方便细胞悬液在管道通路中的流动，其内径大小优选与第二管道（2）相同。

本发明中，第一管道（1）和第三管道（3）为透气性管道，利于细胞生长，其材质不做具体限制，可为软管，如优选与第二管道（2）相同的材质，进一步选自聚四氟乙烯、可熔性聚四氟乙烯、氨基塑料和/或硅胶；也可为硬质管，其材料优选聚四氟乙烯、玻璃、石英、聚醚醚酮、聚二甲基硅氧烷、聚碳酸酯和/或聚甲基丙烯酸甲酯。

本发明一实施方式中，所述第一管道（1）、第二管道（2）、第三管道（3）与第一单向阀（4）、第二单向阀（5）通过第一单向阀（4）、第二单向阀（5）上设置的固定接头可拆式密封连接。这种连接方式方便管道与单向阀的拆装，利于管道清洗和灭菌。当然也可以采用非拆卸方式的一体化结构。本发明用于细胞培养的动力装置整体结构简单，材质易获得，成本低廉，可以采用一次性使用耗材。

本发明一实施方式中，所述管道挤压动力组件挤压第二管道（2）使其部分形变，为细胞循环培养管路系统提供液流动力。所述管道挤压动力组件包括挤压支架（6）及动力驱动部件（7）。所述挤压支架为一个或多个。在一具体实施方式中，所述挤压支架（6）有两个，分别设置在第二管道两侧，通过相向运动挤压第二管道，使管道发生部分形变，从而促进液体流动。所述管道部分形变优选控制在50%-95%的形变范围。

本发明中，所述挤压支架（6）可以是任何形状的，与第二管道（2）接触面积根据需要设计，不限限制，其能保证挤压管道提供足够的形变力即可。所属领域技术人员可以按照需求，合理设置挤压支架（6）的形状。一具体实施方式中，所述挤压支架（6）可以选择可回弹支架如压力弹簧，或者往复运动支架等。

本发明中，为了实现挤压支架运动状态精准控制，所述动力驱动部件（7）包括用于控制挤压支架运动状态的控制单元，所述控制单元调节挤压支架运动状态，例如运动位移、振幅和频率等，从而控制管道中细胞悬液的流速和流量。在一实施例中，所述控制单元为主控板，在另一个实施例中，所述控制单元为单片机。

本发明的一种用于细胞培养的动力装置，培养管路系统易于拆卸灭菌，实现了操作灵活度，且管道系统价格便宜，可作为一次性使用耗材，有效避免因多次使用导致灭菌不充分带来的染菌风险。本发明还通过管路系统与管道挤压动力组件的结构，结合细胞培养容器，形成细胞悬液循环流动体系，替代了生物反应器细胞悬液培养搅拌功能，有效避免了搅拌器对细胞悬液带来的剪切力的损伤。

图2为本发明应用的一实施例的结构示意图。本发明应用于细胞循环培养装置中，本发明所述的一种用于细胞培养的动力装置，第一管道（1）和第三管道（3）的另一端分别连接容纳细胞悬液的液体容器（8），形成一个循环的液流回路，形成细胞悬液循环流动体系。在一实施方式中，在第三管道（3）上设置有光学检测组件和/或细胞分离组件（9）。

在一实施方式中，所述液体容器（8）顶部设置有空气滤膜，所述液体容器（8）的侧壁上可设置有导液管，所述导液管用于添加细胞培养液。

在一实施例中，所述液体容器（8）的底部为锥形，第一管道（1）的另一端与液体容器底部相连，第三管道（3）的另一端与液体容器的侧部或顶部相连。悬浮细胞液流方向从第一单向阀向第二单向阀方向形成回流。在一具体实施例中，所述液体容器的的体积为10 mL~1 L，进一步优选50 mL~500 mL。

在一实施例中，所述光学检测组件和/或细胞分离组件（9）包括光学检测组件和/或细胞分离组件，其中光学检测组件包括光吸收检测和/或荧光检测模块，所述细胞分离组件用于除去废旧的培养基，所述细胞分离组件可以为中空微孔过滤柱或者具有特定结构的过滤组件，如微栅栏过滤结构或阿基米德螺旋结构等。

在一实施方式中，本申请细胞循环培养的动力装置设置于一箱体中，所述箱体内为无菌环境。

本发明实施例中，细胞循环培养的动力装置通过管路系统与管道挤压动力组件的结构可实现细胞循环培养，避免细胞悬浮培养中使用的搅拌器造成对细胞的损伤，且通过动力驱动部件有效控制细胞悬液的流速，实现低流速下稳态操作，保证细胞或产生的蛋白等代谢物的产量。本装置中培养管路系统易于拆卸灭菌，价格低廉，可作为一次性使用耗材，有效避免因多次使用导致灭菌不充分带来的染菌风险。

实施例

使用本申请细胞循环培养的动力装置培养中国仓鼠卵巢细胞（CHO cell）。

第一管道长65cm，第二管道长8 cm，第三管道长65cm，内径均为0.3cm；所述第一管道、第二管道、第三管道由硅胶材料制备，第三管道有一段管为透明的，其上设置可见光吸收度检测装置。所述第一管道、第三管道的另一端分别与盛装20 mL 中国仓鼠卵巢细胞（CHO cell）悬液的30 mL 液体容器底部和侧部相连。所述第一管道、第二管道连接的第一单向阀和所述第二管道、第三管道连接的第二单向阀为软管隔膜单向阀。液体流动由步进移动的支架部分挤压第二管道实现的，挤压形变控制在。所述细胞循环培养的动力装置及与其连接的盛装有中国仓鼠卵巢细胞（CHO cell）培养液的进样瓶置于一无菌的箱体中。

培养过程中，在往复运动支架定时、定位移动，促进进样瓶中的液滴流入管道中，使CHO cell细胞悬液在进样瓶、第一管路、第二管路、第三管路中循环流动，培养过程中通过光吸收度检测装置透过第三管道测定细胞悬液的OD值，查看细胞生长的状态。

本申请接受各种修改和可替换的形式，具体的实施方式已经在附图中借助于实施例来显示并且已经在本申请详细描述。但是，本申请不意在受限于公开的特定形式。相反，本申请意在包括本申请范围内的所有修改形式、等价物、和可替换物，本申请的范围由所附权利要求及其法律等效物限定。

Claims (10)

1.一种用于细胞培养的动力装置，包括管路系统和管道挤压动力组件，其特征在于，所述管路系统包括第一管道、第二管道、第三管道，及所述第一管道、第二管道连接的第一单向阀和所述第二管道、第三管道连接的第二单向阀，所述第一单向阀、第二单向阀液流同向，所述管道挤压动力组件通过挤压第二管路使其部分形变，为细胞循环培养管路系统提供液流动力。

2.根据权利要求1所述的动力装置，其特征在于，所述第二管道为软管。

3.根据权利要求2所述的动力装置，其特征在于，所述第二管道的材质选自聚四氟乙烯、可熔性聚四氟乙烯、氨基塑料或硅胶中的一种。

4.根据权利要求2所述的动力装置，其特征在于，所述第二管道的内径为0.2-15 mm，长度为1-10 cm。

5.根据权利要求1-4所述的动力装置，其特征在于，所述第一管道、第三管道为透气性材料。

6.根据权利要求1所述的动力装置，其特征在于，所述第一管道、第二管道、第三管道与第一单向阀、第二单向阀通过第一单向阀、第二单向阀上设置的固定接头可拆式密封连接。

7.根据权利要求1所述的动力装置，其特征在于，所述第一单向阀、第二单向阀为隔膜单向阀、弹簧单向阀、重力单向阀、旋启单向阀中的任一种。

8.根据权利要求1所述的动力装置，其特征在于，所述管道挤压动力组件包括挤压支架及动力驱动部件，所述挤压支架为一个或多个。

9.根据权利要求8所述的动力装置，其特征在于，所述挤压支架为两个，设置在第二管道两侧，通过相向运动挤压第二管道。

10.根据权利要求8所述的动力装置，其特征在于，所述动力驱动部件包括用于控制挤压支架运动状态的控制单元，所述控制单元调节挤压支架的振幅和频率，从而控制管道中细胞悬液的流速。

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