CN1316013C - 一次性容器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于混合的改进容器(100)和采用该容器的方法。本发明的容器(100)包括一个具有一内表面(110)、一外表面(115)和一个顶部外周(120)的可折叠袋(105)以及一个具有一环形边缘(130)的顶板(125)，其中所述袋(120)的顶部外周被密封到顶板(125)的边缘上。本发明还涉及一种用于与该容器一起使用的叶轮(140)和一种用于混合的方法。

Description

一次性容器
技术领域
本发明涉及一种实验室容器。更具体地说，本发明涉及一种用于细胞培养的改进的容器及其使用方法。
背景技术
存在两种主要类型的在试管中成长的细胞：悬浮细胞(非锚地依赖性细胞)和粘附细胞(锚地依赖性细胞)。悬浮或非锚地依赖性细胞可以在试管中增生而不需附着在一表面上。相反，粘附性或锚地依赖性细胞需要附着在一个表面上，以便在试管中成长。
悬浮或非锚地依赖性细胞通常在玻璃试管、金属或硬质塑料容器中成长。然而，在使用这些细胞培养容器时存在着一些缺陷。由于不是一次性使用的或消过毒(无菌)的，因此玻璃和金属细胞培养容器很昂贵且需要维护。为了保持用于进行细胞培养的消毒或无菌环境，通常需要利用高压灭菌器对该容器进行消毒灭菌。因此，在使用之前和/或之后，必须对细胞培养容器进行清洗和消毒。另外，由于玻璃和金属细胞培养容器不是一次性使用的，所以需要足够的空间来存储玻璃和金属容器。因此，由于玻璃、金属和硬质塑料容器十分昂贵、不是一次性使用的并需要大量维护，所以需要一种廉价、一次性使用、可折叠和可以预先消毒的细胞培养容器。
此外，为了非锚地依赖性生物细胞的成长，这些细胞需要持续悬浮。为了使细胞保持悬浮，细胞培养容器必须具有用于保持细胞悬浮的装置。许多细胞培养容器具有一个带翼片的叶轮，翼片旋转以保持细胞悬浮。如果叶轮旋转或运动过于强烈或者翼片太硬或太长，则细胞可能会受到叶轮或翼片的力的剪切。同样，如果叶轮旋转或运动太弱或者翼片太短，则细胞不能保持悬浮。因此，需要一种改进的细胞培养容器，该容器可提供平缓的搅拌以防止剪切并保持细胞悬浮。
发明内容
本发明提供一种用于细胞培养的容器，它包括：具有一圆周边缘的顶板；具有一内表面、一外表面和一顶部外周的可折叠袋，所述袋的顶部外周密封到所述顶板的边缘上；以及叶轮，该叶轮包括一个具有一顶部区域和一底部区域的中空柔性轴，所述顶部区域连接到所述顶板上，该叶轮具有一柔性翼片，所述轴的所述顶部区域包含用于将所述轴的运动限制为周期性摆动式旋转的装置。
根据本发明的另一方面，提供一种用于细胞培养的容器，它包括：顶板；密封到所述顶板上的预先消毒的可折叠袋；包括一连接到所述顶板上的中空柔性轴的叶轮，所述中空柔性轴具有一顶部区域；两个连接到所述叶轮上的柔性翼片；以及置于所述中空柔性轴的顶部区域上的收缩装置o形环。
根据本发明的另一方面，提供一种容器，它包括：具有一圆周边缘的顶板；带有一内部表面、一外部表面和一顶部外周的可折叠袋，所述袋的所述顶部外周密封到所述顶板的边缘上；以及位于所述可折叠袋中并包括一中空柔性轴和一柔性翼片的柔性叶轮，所述中空柔性轴具有一顶部区域，所述叶轮在所述中空柔性轴的顶部区域处安装到所述顶板上，所述轴的所述顶部区域包括用于将所述轴的运动限制为周期性摆动式旋转的装置，以使所述叶轮以周期性摆动式旋转的方式转动。
本发明还提供一种容器，它包括：顶板；密封到所述顶板上的预先消毒的可折叠袋；包括一连接到所述顶板上的中空柔性轴的叶轮，所述中空柔性轴具有一顶部区域；两个连接到所述叶轮上的柔性翼片；置于所述柔性轴的的顶部区域上的o形环；以及置于所述顶板内的孔，用于通向所述叶轮的中空柔性轴。
本发明还提供一种叶轮，它包含一个轴和一个或多个从所述轴上突出的柔性翼片，所述轴具有一顶端部区域和一底端，所述轴的所述顶部区域包括用于将所述轴的运动限制为周期性摆动式旋转的装置，以使所述叶轮以周期性摆动式旋转的方式转动。
附图说明
相信本发明的特征具有新颖性。附图仅用于说明的目的，并且未按比例绘制。然而，对于结构和操作方法而言，通过参照附图给出的详细说明可以最佳地理解本发明本身，其中：
图1表示本发明的一个实施例；
图2示出了本发明的容器的各元件；
图3示出了位于一可调节的磁搅拌板上的填充有流体和粒子的本发明的容器；
图4A是根据本发明的容器的局部侧视图，示出了当向容器施加磁力时，叶轮、柔性翼片和粒子的第一旋转运动；
图4B是根据本发明的容器的局部侧视图，示出了当向容器施加磁力时，叶轮、柔性翼片和粒子的继续旋转运动；
图4C是根据本发明的容器的局部侧视图，示出了当磁力使叶轮沿着与图4B中所示的旋转方向相反的方向运动时，叶轮、柔性翼片和粒子的继续旋转运动；
图4D是根据本发明的容器的局部侧视图，示出了当向容器施加磁力时，图4C中所示叶轮、柔性翼片和粒子的继续旋转运动；
图5A是根据本发明的容器的顶视图，示出了当向容器施加磁力时，通过第一旋转的叶轮、柔性翼片和粒子的运动；
图5B是根据本发明的容器的顶视图，示出了当向图5A所示的容器施加磁力时，通过反向旋转的叶轮、柔性翼片和粒子的运动。
具体实施方式
本发明提供一种用于细胞培养的容器，它包括一个带有一内表面、一外表面、一顶部外周的可折叠袋(collapsible bag)和一顶板。该袋具有一个圆周边缘，其中袋的顶部外周被密封到顶板的边缘上。本发明还提供一种叶轮，它包括一个具有一顶部区域和一底部区域的中空柔性轴，其中，所述底部区域包括一个柔性翼片。本发明进一步提供一种混合流体的方法，它包括以下步骤：提供一个具有一可折叠袋的容器，所述可折叠袋包含一个叶轮，该叶轮包括一中空柔性轴；将一磁铁插入到叶轮的中空轴中；引入一个外部、可调节的磁源，以与磁铁相互作用并使磁铁和中空轴运动。该方法还可以包括在将容器处理掉(废弃)之前将磁铁从叶轮的中空轴中取出的步骤。
根据本发明的一个示例性实施例的容器具有一个叶轮，该叶轮具有薄的柔性翼片和一个中空轴，在中空轴中可以放置一个可重复利用的磁铁。位于叶轮轴中的磁铁的存在和置于叶轮轴上的一个约束机构(例如一个o形环)的存在使得当向容器施加一个可调节的磁力(例如一个磁搅拌板)时，叶轮可以平缓地旋转并且柔性翼片可以随后进行波动。这形成了对细胞的平缓搅拌，以保持细胞悬浮并防止细胞受到剪切。
图1表示用于细胞培养的一容器100，它包括一个具有一内表面110、一外表面115、一顶部外周120的可折叠袋105和一顶板125。顶板125具有一个圆周边缘130，袋105的顶部外周120被密封到该圆周边缘130上。密封的一种方法包括简单地将边缘130熔融连接到顶板125上。然而，还可以采用其它方法，其中包括胶合、热熔粘合或本领域的技术人员已知的其它密封方法。可折叠袋105进一步包括一个允许袋105自由竖立的带有外边缘128的底部127。在典型的示例性实施例中，在制成袋105时形成外边缘128。袋105由可折叠塑料形成并沿着接缝129密封起来。这些接缝的下部形成袋105的稳定面或平台。可以设想与本发明相适应的确保袋105的垂直稳定性的其它方法，其中包括采用一个类似于顶板125的基座。
然而，重要的是避免低流动性区域或涡旋穴(eddy pocket)，以确保容器内的良好混合。例如，图1示出袋105不延伸到外缘128中。此外，内表面110的底部121被制成圆(弧)形，以实现良好的搅拌。
在本发明的一个实施例中，容器100由聚乙烯制成。另外，可以预先对容器100进行消毒。当利用所谓的消毒技术在无菌条件下实施大多数细胞培养过程时，容器100的预消毒使培养室和流体通路保持在消毒、封闭的环境中。由于最佳目标是在培养室和流体通路相对于外部环境被功能性封闭的系统中进行培养过程，并且从制造装置时起直到其已经被废弃为止保持消毒的完整性，因而容器100的可折叠性和可废弃性对于预消毒来说是理想的。预消毒的一种方法包括伽玛辐射。也可以采用本领域的技术人员已知的其它方法。
在另一个实施例中，顶板125包括至少一个孔135。根据本发明，可以将孔135用于对容器100进行填充。孔137可以为一个用于气体供应的孔。在这一示例性实施例中，孔138还可以用于插入磁铁139。这些仅仅是可以设置在顶板125中的许多不同孔的一些例子。本领域的技术人员将很了解用于特定细胞培养的要求并可以很容易地提供用于特定应用所需的孔。
在示例性实施例中，容器100包含具有一个柔性翼片145的叶轮140。柔性翼片145可以由聚乙烯制成。柔性翼片145可以是一个单一的翼片、一对翼片或多个翼片。叶轮140包括一个具有一顶部区域155和一底部区域160的中空柔性轴150，顶部区域155连接到顶板125上，且柔性翼片145连接到轴150的底部区域160上。在本发明的一个示例性实施例中，柔性翼片145与轴150毗邻。叶轮140的轴150可以包含磁铁139。在本发明的示例性实施例中，轴150的顶部区域155包括用于将轴150的运动限制为大体周期性摆动(如椭圆形旋转)的装置。根据本发明，用于限制轴150的运动的装置可以为一个o形环152、一个凹口或在叶轮140的轴150的顶部区域155中形成相对弱的点的其它装置，以防止叶轮扭曲。
图2示出了容器100的各元件。如上所述，容器100的各元件为可折叠袋105、顶板125和叶轮140。袋105包括一个内表面110、一个外表面115和一个顶部外周120。如上所述，袋105的顶部120可以被加热密封或连接到顶板125的边缘130上。袋105的底部127可以具有外边缘128，以支撑袋105。外边缘128在袋105的外表面115的角部处形成类似于三角形的形状，其与袋105的内表面110相分离。叶轮140包括具有一顶部区域155和一底部区域160的中空柔性轴150，其中顶部区域155例如通过热封连接到顶板125的孔138的底部200上，并且将轴150的底部区域160连接到柔性翼片145上。
图3示出了在一个可调节磁搅拌板310上的填充有流体300和粒子305的容器100。在该实施例中，流体300为细胞培养基，粒子305为生物细胞。
图4A-4D示出了当用一个可调节磁搅拌板310向容器100施加磁力时容器100中的叶轮140的轴150的柔性翼片145和粒子305的顺序运动。可调节磁搅拌板310包括一个安装在一个轴上的磁棒，该磁棒通过一个马达驱动。本领域的技术人员对于这种搅拌板是很熟悉的。利用一个变阻器对马达的速度进行大致的控制。根据本发明，如图4A中所示，当将一个磁力、例如可调节磁搅拌板310施加给容器100时，磁棒(未示出)在磁搅拌板310内的旋转引起磁铁139在容器100内的椭圆形旋转运动。相应于磁搅拌板310的旋转的磁铁139的运动使得叶轮140开始按照椭圆形摆动式旋转进行运动。当叶轮140沿箭头400的方向运动时，反抗柔性翼片145的流体阻力迫使柔性翼片145沿着箭头400的相反方向运动，从而使粒子305受到搅拌作用。图4B表示当叶轮140开始沿着箭头405的方向运动时，迫使柔性翼片145和粒子305沿着箭头405的相反方向运动。图4C表示叶轮140持续进行椭圆形摆动式旋转。当叶轮140沿着箭头410的方向持续运动时，迫使柔性翼片145和粒子305沿着箭头410的相反方向运动。图4D表示叶轮140持续进行椭圆形摆动式旋转，并且开始沿着箭头415的方向运动。同样，迫使柔性翼片145和粒子305沿着箭头415的相反方向运动。通过椭圆形摆动式旋转进行的叶轮140和柔性翼片145的连续运动导致粒子305的持续悬浮。
如图4A-4D所示，收缩装置152的存在使得沿着轴产生一类“支点”或“弱点”。当磁铁139和可调节外部磁力(例如搅拌板310)相互作用时，该装置影响叶轮140的运动。结果是，形成叶轮140的椭圆形摆动式旋转。收缩装置152可以采取多种形式，其中包括一个环或材料的节片(knotted piece of material)。一个示例性的收缩装置可以是一个围绕所述轴放置的典型的o形环。或者，轴本身中的一个凹口形成允许进行所需椭圆形摆动式旋转的“支点”。叶轮140的椭圆形摆动式旋转的结果导致了柔性翼片145的平缓运动和流体300以及粒子305的平缓搅拌。当流体300为细胞培养基并且粒子305为生物细胞时，柔性翼片145的平缓运动和流体以及粒子305的平缓搅动是必要的。
图5A和5B表示容器100的顶视图，示出了当向容器100施加磁力时，叶轮140的椭圆形摆动式旋转以及搅拌板中的磁铁的旋转在柔性翼片145和粒子305上的作用。
本发明还涉及一种叶轮140，它包括一个具有一顶部区域155和一底部区域160的中空柔性轴150，其中，底部区域160包括一个柔性翼片145。叶轮140可以由聚乙烯制成。在一个示例性实施例中，叶轮140的底部区域160包括两个柔性翼片145。叶轮140的中空柔性轴150还可以包含磁铁139并且磁铁139是可拆卸的。可以将磁铁139从叶轮140中拆下的能力使得允许对叶轮140进行处理或废弃，并且能够将磁铁139与另外的叶轮或容器一起再次使用。由于如果每次使用必须更换，则磁铁139的废弃将增加附加的成本，因而磁铁139再次使用的能力也是相当有利的。
本发明还涉及一种混合或搅拌流体的方法。首先，提供一个容器，该容器包括一个可折叠袋，该可折叠袋包含一叶轮，该叶轮包括一中空柔性轴。然后将一磁铁插入到叶轮的中空轴中。引入一个外部可调节磁源例如一磁搅拌板，以便与磁铁相互作用并使中空轴运动。然后，从叶轮的中空轴中将磁铁拆卸下来。该方法可以进一步包括一个具有一顶板和一带有一顶部区域和一底部区域的叶轮的中空轴的容器，其中所述顶部区域连接到所述顶板上。
本发明还涉及一种使用本发明的容器的优选方法，该方法为一种细胞培养方法。首先，提供一个预先消毒的容器，该容器包括一个带有一顶板和一包括具有顶部区域和底部区域的中空柔性轴的叶轮的可折叠袋，其中所述顶部区域连接到所述顶板上，并且底部区域包括一个柔性翼片。然后将一个磁铁插入到叶轮的中空轴中，并且将一细胞株(cell line)和介质通过一个填充孔引入到容器中。然后允许该细胞株增生。从容器中将细胞株和介质取出。最后，通过叶轮磁铁孔从叶轮的中空轴中将磁铁取出，并将容器处理掉。
尽管已经结合特定的优选实施例对本发明进行了说明，但是很明显，许多替代方案、改型和变化对于本领域的技术人员来讲是显而易见的。因此，本发明的范围将包括落入本发明的真正范围和主旨之内的任何替代方案、改型和变化。

Claims (21)

1、一种用于细胞培养的容器，它包括：
具有一圆周边缘的顶板；
具有一内表面、一外表面和一顶部外周的可折叠袋，所述袋的顶部外周密封到所述顶板的边缘上；以及
叶轮，该叶轮包括一个具有一顶部区域和一底部区域的中空柔性轴，所述顶部区域连接到所述顶板上，该叶轮具有一柔性翼片，所述轴的所述顶部区域包含用于将所述轴的运动限制为周期性摆动式旋转的装置。
2、如权利要求1所述的容器，其特征在于，所述袋由聚乙烯制成。
3、如权利要求1所述的容器，其特征在于，所述容器被预先消毒。
4、如权利要求1所述的容器，其特征在于，所述顶板包括至少一个孔。
5、如权利要求1所述的容器，其特征在于，所述叶轮由聚乙烯制成。
6、如权利要求1所述的容器，其特征在于，所述柔性翼片连接到所述轴的底部区域上。
7、如权利要求6所述的容器，其特征在于，所述柔性翼片与所述轴毗邻。
8、如权利要求1所述的容器，其特征在于，所述轴包含一个磁铁。
9、如权利要求1所述的容器，其特征在于，所述装置包括一个o形环。
10、一种用于细胞培养的容器，它包括：
顶板；
密封到所述顶板上的预先消毒的可折叠袋；
包括一连接到所述顶板上的中空柔性轴的叶轮，所述中空柔性轴具有一顶部区域；
两个连接到所述叶轮上的柔性翼片；以及
置于所述中空柔性轴的顶部区域上的收缩装置o形环。
11、一种容器，它包括：
具有一圆周边缘的顶板；
带有一内部表面、一外部表面和一顶部外周的可折叠袋，所述袋的所述顶部外周密封到所述顶板的边缘上；以及
位于所述可折叠袋中并包括一中空柔性轴和一柔性翼片的柔性叶轮，所述中空柔性轴具有一顶部区域，所述叶轮在所述中空柔性轴的顶部区域处安装到所述顶板上，所述轴的所述顶部区域包括用于将所述轴的运动限制为周期性摆动式旋转的装置，以使所述叶轮以周期性摆动式旋转的方式转动。
12、如权利要求11所述的容器，其特征在于，所述袋由聚乙烯制成。
13、如权利要求11所述的容器，其特征在于，所述容器被预先消毒。
14、如权利要求11所述的容器，其特征在于，所述顶板包括至少一个孔。
15、如权利要求11所述的容器，其特征在于，所述叶轮由聚乙烯制成。
16、如权利要求11所述的容器，其特征在于，所述柔性翼片连接到所述轴的底部区域上。
17、如权利要求16所述的容器，其特征在于，所述柔性翼片与所述轴毗邻。
18、如权利要求11所述的容器，其特征在于，所述轴包含一个磁铁。
19、如权利要求18所述的容器，其特征在于，所述装置包括一个o形环。
20、一种容器，它包括：
顶板；
密封到所述顶板上的预先消毒的可折叠袋；
包括一连接到所述顶板上的中空柔性轴的叶轮，所述中空柔性轴具有一顶部区域；
两个连接到所述叶轮上的柔性翼片；
置于所述中空柔性轴的顶部区域上的o形环；以及
置于所述顶板内的孔，用于通向所述叶轮的中空柔性轴。
21、一种叶轮，它包含一个轴和一个或多个从所述轴上突出的柔性翼片，所述轴具有一顶部区域和一底端，所述轴的所述顶部区域包括用于将所述轴的运动限制为周期性摆动式旋转的装置，以使所述叶轮以周期性摆动式旋转的方式转动。
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