CN1329501C - 生物反应器系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种生物反应器系统，包括：用于界定保存营养物的孔的基底；被固定在所述基底中的皿，所述皿具有承载生物材料的膜，从而使所述材料与所述营养物接触；覆盖所述孔和所述皿的盖子，所述盖子具有封口，所述封口能接入从所述皿导入或去除所述生物材料和/或从所述孔中导入或去除所述营养物的管，当不接入管时，封口被封闭，当接入管时，封口在管的周围自动封闭。，本发明的方法包括：提供具有营养物的孔；将生物材料提供到皿中，所述皿被固定在基底中并位于所述孔的上方，所述皿包括其上支持生物材料的膜并允许所述营养物与所述生物材料相互作用；用具有封口的盖子覆盖所述孔和所述基底；不打开盖子，用管状部件从封口中加入或除去生物材料和/或营养物。

Description

生物反应器系统和方法
技术领域
本发明涉及可以作为支持和培养活组织的生物反应器系统和方法，其中培养皿可以具有用于承载营养物的界定孔的基底，被安置在孔中具有底壁的皿，其具有薄膜，其上为生物材料，和覆盖在所述孔和皿上方的固体盖子。
背景技术
生物反应器的具体实施方案，包括界定孔的基底，固定在孔的上方用于承载生物材料的皿，和在孔和皿上方的盖子。所述盖子包括至少一个密封开口，该开口用于导入或去除孔或皿中的材料和用于释放压力。孔可以用于承载营养物，而皿上的膜与营养物接触。盖子优选具有至少两个可密封的开口，其中一个在皿上方，另一个在孔的部分的上方且不在皿的上方，用于导入和/或去除来自皿和孔的材料。盖子优选包括至少一个气体渗透膜以通风。可以提供覆盖在盖子上的固体覆盖物，例如用于储存或运送。开口优选各自具有一个或多个裂口的隔膜，例如X-形，以帮助在注射器或吸量管或其他适当大小的递送管的周围密封。
发明内容
本发明的目的是要能方便地从外部接近在生物反应器的不同部分中的内容物而不需要除去盖子，所述可接近性可以减少污染的风险和减少该系统的劳动强度且更适合自动化。
本发明提供一种生物反应器系统，包括：用于界定保存营养物的孔的基底；被固定在基底中的皿，皿具有承载生物材料的膜，从而使生物材料与营养物接触；覆盖孔和皿的盖子，盖子具有封口，封口能接入从皿导入或去除生物材料和/或从孔中导入或去除营养物的管，当不接入管时，封口被封闭，当接入管时，封口在管的周围自动封闭。
在上述生物反应器中，所述盖子在不同半径的位置具有多个封口。所述盖子进一步包括一个或多个气体渗透膜。在这里，所述一个或多个膜是由高密度聚乙烯构成。此外，所述管是注射器。或者，所述管是吸量管。另外，所述封口直接在所述盖子的上方。所述封口直接在所述孔的上方，但不在所述皿的上方。还可以设有多个封口，多个封口中的一个封口位于皿的上方，多个封口中的另一个封口位于所述孔的局部的上方，但不在所述皿的上方。
本发明还提供一种方法，包括：提供具有营养物的孔；将生物材料提供到皿中，所述皿被固定在基底中并位于所述孔的上方，所述皿包括其上支持生物材料的膜并允许所述营养物与所述生物材料相互作用；用具有封口的盖子覆盖所述孔和所述基底；不打开所述盖子，用管状部件从封口中加入或除去所述生物材料和/或所述营养物。
在上述方法中，当管状部件不在封口内时，所述封口是密封闭合的，当管状部件在封口内时，所述封口在管状部件周围密封。此外，所述管状部件被自动地插入和移出所述封口。
通过下列详细描述、附图和权利要求书，其他的特点和优点将是显然的。
附图说明
图1是图解依照本发明的具体实施方案的组件的简化的，横断层面图。
图2和图3是界定孔的基底的平面图和横断层面图。
图4和图5是依照本发明的皿的平面图和横断层面图。
图6是依照本发明第一个具体实施方案的盖子的平面图。
图7是依照本发明的外罩的平面图。
图8和图10是隔片的两个具体实施方案的平面图，图9和图11是那些隔片各自的横断层面图。
图12是用于盖子上的气体渗透膜的平面图。
具体实施方式
图1是图解本发明具体实施方案的组件的横断层面图。生物反应器10具有界定孔14的基底12。基底12也具有架22，优选与基底的其他部分进行整体塑造。
皿24具有一个或更多的边缘18，安置于基底12的架22上。在皿24的底部是膜20，例如聚碳酸酯膜。在皿24中提供细胞，组织，或其他活的生物材料以便所述材料被放置在膜20的上面。在孔14中提供营养物至少达到膜20的高度以至于在孔14中的营养物通过膜20与生物材料接触。
这点描述的装置通常是已知的。更进一步已知提供覆盖在皿和基底上的固体盖子。所述盖子是可移去的以便可以接近皿的膜上的细胞或组织以及在基底的孔中的营养物。
依照本发明的具体实施方案，盖子26具有至少一个可密封的口，其中的两个以口28和30示于图1中，和水分阻挡层，气体渗透膜32。膜32可以包括一片TYVEKS(TYVEK是E.I.duPont de Nemours and Company的注册商标)。该片具有纸的形态但是用纺织结合高密度聚乙烯(HDPE)制造的。膜32可以通气和被固定以便其部分地在皿24上方并且部分地在基底12上方。虽然图1中显示一个气体渗透膜，如下面图6中显示，那里可以有更多被排列在盖子上；如果想得到更好的通风，可以增加膜。
口28和30是可进入的，但优选设计在不使用的时候是密封闭合的。这些口允许进入，并且可以在注射针头、注射器、喷管或用于提供或取回材料的其他合适大小的管状装置的周围密封，。
中央的口30可以用于将细胞或组织供应到皿24。外周口28可以用于从孔14引入或取出营养物。优选被密封，但不是必需的，自动地进行，这样在插入管的时候，所述口在管的周围封闭，不需要更多的操作(即，自封闭)。
下列的图2-12更详细显示本发明的具体实施方案。各幅图的绘制是按比例的，虽然绘图不是必须绘制成一样比例。图具有许多详细特征，例如形状和尺度是示例性的，但可能有许多变化。
图2和图3显示了用于界定装营养物的孔和固定承载被培养的细胞或组织的皿的基底12。优选塑造塑胶整块形成的基底12，并且包括三块微小隆起的支柱肋状物44的底板42，和具有三个放射状向内延伸部分的外部侧壁46，所述向内延伸部分构成架48的壁。壁46具有至少一个小缺口可以用于调整使盖子适应基底40(图6)。各个架48在其内部半径点具有小凹口50。在侧壁46的顶端，边缘52呈放射状地向外延伸而且具有逐渐变细的向下延伸部分56和向外延伸部分58。在边缘52顶端同样具有小凹口54分布(优选均匀地)在边缘52四周。为了透视，所有的直径可以约为14-15cm。
参考图4和图5，保存生物材料进行培养的皿24具有侧壁62，边缘18和膜20。边缘18，可以具有切去的凹口68，安置在如图2和图3所显示的基底12的架22上。在基底中时，膜66恰好在支柱肋状物44的上面。在将营养物加入由基底12形成的孔时，营养物可以经过膜20到生物材料。侧壁和边缘可以用整块塑胶塑造的本体，膜可以用聚碳酸酯制造。
参考图6，盖子26具有大体上平坦的部分72和口28，29和30。这些口沿着盖子26的中心26排列，在盖子中心的口30，靠近外部边缘的口28，它们之间的口29。盖子26支持气体渗透膜80，82和86，优选用如上述参照图1确定的HDPE制造。当盖子26被提供在皿24的上方，而且皿在孔的上方时，口30位于在皿的中心，口28在皿的膜的外部边缘上，口29是在孔的部分的上方并且不在皿的上方。放置气体渗透膜80，82和86，使得它们是部分地在孔和皿上方，并且部分地不在皿上方。在盖子26的外部末端，边向上地，水平向外地，向下地，然后水平向外延伸。外径也有在外部边缘形成的凹口84。盖子的边的大小按尺寸制作并且配制在基底12的边缘52上形成适合的摩擦力，凹口84按尺寸制作以与凹口54配对。
参考图7，外罩90是整块塑胶塑造的部分，具有大体上平坦向上部分92和在外径延伸的具有凹入部分94的外侧末端以提供稳定和支持。这个外部盖子与盖子26匹配以便保存或其它较长时间的无活性状态。
图8-11显示口的两个具体实施方案，例如口28，29和30(图6)。结合图6，参考图8和图9，第一种类型的口100是在大的直径部分102的顶端用软且柔韧的硅酮制造为了安置在盖子70的顶端。在口100的顶端是开口104和在底部是单个狭缝106。底部可以是x-形双狭缝。
开口104和狭缝106之间是腔108。口100具有缩小的直径部分112，其中中轴长度约等于盖子70的厚度，并且向下和向内逐渐变细的面110。盖子70具有开口，该开口的直径大小是缩小的直径部分112。口100充分柔韧从而能够被推动穿过孔，期间锥形部分将压缩直到盖子急速进入缩小的直径部分112。
口底部的狭缝有助于阻止液体和气体逸出。管，例如注射针头、喷管或注射器的直径略大于开口104，被用于往皿或孔中加入材料或者从皿或孔中取出材料。当管被插入到口中的时候，与开口104周围的弹性塑料形成紧密吻合，因此在被插入和抽出的时候保持良好的密封。
参考图10和图11，显示口的另一种变化。在这个具体实施方案中，底部具有一个x-形的开口120，可以在用于导入或除去液体的管周围封闭。
图12表示气体渗透膜。膜在封闭部位112被热封。虚线114界定可按近性地穿过膜的膜区域。环状部位116是塑胶盖子覆盖膜80，82和86的部分。
本发明的生物反应器可以用于操作或处理许多不同种类的生物材料。一种应用是活的皮肤等同物(LSE)的形成。制造LSE，人的真皮细胞(成纤维细胞)与皮肤的最初蛋白胶原结合。成纤维细胞移动通过胶原，对它们进行重排，并且同时产生人胶原。在此之后，人表皮细胞被置于外胚层的上面以覆盖它。几天后，通过暴露在空气促进表皮细胞以完全形成皮肤外部保护层，该保护层已知为角质层。在孔的皿上提供和处理这些细胞，而在孔中供应营养物以支持这个处理。
本发明的系统使得可以更方便地自动从盖子的口插入和除去生物材料而不需要移动盖子，并且不需要巨大的劳动，不像典型通用的方法。在一个自动化的系统中，生物反应器可能在运送装置上或能从一个位置到另一个位置移动的机械操作装置上传送。用机械手机器或x-y-z运动机器，注射器或其他喷管可能被移入和迁出生物反应器以插入或除去材料。x-y-z运动机器可具有三个不同的传动器，每一个用于每个三个直角的方向运动，而且能够包括不同类型的传动器和推进力，例如传动螺杆。
虽然已经描述了本发明的具体实施方案，但在不背离由所附权利要求所限定的发明范围的情况下作出修改是显而易见的。例如，可以改变部分的形状和大小，可以改变例如架，口，和膜部分的数目。本文作为整体的实施方案中所确定的特定产品可由多个部件构成且可被松散或整合地联在一起。

Claims (12)

1.一种生物反应器系统，其包括：
用于界定保存营养物的孔的基底；
被固定在所述基底中的皿，所述皿具有承载生物材料的膜，从而使所述材料与所述营养物接触；
覆盖所述孔和所述皿的盖子，所述盖子具有封口，所述封口能接入从所述皿导入或去除所述生物材料和/或从所述孔中导入或去除所述营养物的管，当不接入管时，所述封口被封闭，当接入管时，所述封口在管的周围自动封闭。
2.根据权利要求1的生物反应器系统，其中，所述盖子在不同半径的位置具有多个封口。
3.根据权利要求1的生物反应器系统，其中，所述盖子进一步包括一个或多个气体渗透膜。
4.根据权利要求3的生物反应器系统，其中，所述一个或多个膜是由高密度聚乙烯构成。
5.根据权利要求1的生物反应器系统，其中，所述管是注射器。
6.根据权利要求1的生物反应器系统，其中，所述管是吸量管。
7.根据权利要求1的生物反应器系统，其中，所述封口直接在所述盖子的上方。
8.根据权利要求1的生物反应器系统，其中，所述封口直接在所述孔的上方，但不在所述皿的上方。
9.根据权利要求1的生物反应器系统，其中，设有多个封口，所述多个封口中的一个封口位于所述皿的上方，所述多个封口中的另一个封口位于所述孔的局部的上方，但不在所述皿的上方。
10.一种方法，其包括：
提供具有营养物的孔；
将生物材料提供到皿中，所述皿被固定在基底中并位于所述孔的上方，所述皿包括其上支持生物材料的膜并允许所述营养物与所述生物材料相互作用；
用具有封口的盖子覆盖所述孔和所述基底；
不打开所述盖子，用管状部件从所述封口中加入或除去所述生物材料和/或所述营养物。
11.根据权利要求10的方法，其中，当管状部件不在所述封口内时，所述封口是密封闭合的，当管状部件在所述封口内时，所述封口在管状部件周围密封。
12.根据权利要求10的方法，其中，所述管状部件被自动地插入和移出所述封口。
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