CN1435482A - 细胞培养装置 - Google Patents

Abstract

一种细胞培养装置，通过新颖的装置与方法，可有效率的培养细胞，以达到最小的死亡率与最大量的细胞及产生的细胞产物。是提供一种方法与装置，以供接种细胞与加强所欲培养的细胞的附着力；也提供一生长基材以便提供细胞最大附着面积，并且可作为一溶氧增生器、过滤器以及静态搅拌器，通过周期性与间歇性地提供细胞养分与氧气，以促进细胞增生，并产生最大量的细胞产物。具有经济，可以用完即丢，以减少因灭菌不完全所导致的后遗症，而且经由控制培养基与生长基材接触的频率，可以周期性与间歇性地提供细胞养分与氧气。

Description

细胞培养装置

技术领域

本发明是一种细胞培养装置，由于培养微生物、细胞和/或组织时，最大的阻碍在于使用的设备和/或装置体积庞大、昂贵、无法用完即丢、不易灭菌及维持无菌环境，因而增加了污染的机会；并且在培养微生物、细胞和/或组织时，容易造成微生物、细胞的损伤和/或甚至造成细胞死亡。本发明是提供一种基本上可用于体外培养任何微生物及细胞以及收集其所生成的任何副产物的技术。更具体而言，本发明是保护及揭露关于一种新颖的设备和/或装置以及方法，可有效地增加并收集微生物和细胞所生成的副产物，例如：蛋白质。

背景技术

众所周知，大规模的细胞培养程序已经于近年来被广泛的开发，并使用于培养细菌、酵母菌与霉菌等拥有强韧的细胞壁和/或细胞外间质(extracellular material)较具有弹性的细胞。微生物细胞的弹性结构是此类高效率细胞培养程序能够快速发展的关键因素，例如：细菌细胞可于大量的培养基中利用激烈的震动、摇晃以及通气技术使其充分接触空气，并维持良好的生长情形。另外，细菌也可以于生物膜上生长，不过需要一提供生长的平面。

相反地，培养真核细胞、动物细胞、哺乳动物细胞和/或组织的技术就困难而复杂的多，原因在于此类细胞较微生物细胞来的脆弱，并且其生长所需的养分与氧气的维持也较为困难而复杂。另外，跟微生物细胞不同的是，动物细胞和/或哺乳动物细胞不能忍受通入空气或混合性气体，例如：一混合性气体包含氧气、氮气与二氧化碳，所造成的剧烈的扰动和/或剪应力(shearing force)。并且，动物细胞不能直接接触空气，多数动物细胞仅能利用溶解于培养基中的氧气。比起微生物细胞，动物细胞及哺乳动物细胞更容易被气体或是于通气过程中遭受伤害，因此增加其死亡率。应用于大规模培养的生物反应器通常具备一个内部运转器，例如：搅拌翼(impeller)，使细胞承受非常高的液体剪应力，而造成细胞的伤害或死亡，导致细胞的低存活率及其蛋白质和/或副产品的产量也随之降低。同样的，为使细胞均匀悬浮和/或适当接触空气，而利用他种机械装置、激烈的气体运动或强烈的液体运动的生物反应器也将造成细胞的伤害与妨碍细胞或组织的生长，进一步造成细胞的副产品，例如：蛋白质产量的减少。

生物反应器主要的功能在于配合研究需要培养大量细胞以萃取其衍生的微量活性物质，包括但不限于，细胞分泌到培养基中的蛋白质或抗体；生物反应器的另一功能在于大规模的细胞培养用以大量生产细胞或组织生产的活性蛋白质，以配合商业上的需求。由于真核细胞、和/或原核细胞、和/或动物细胞、和/或哺乳动物细胞于实验室大量培养的需要，生物反应器及培养装置在研究与生产细胞，以制造活性蛋白质、和/或抗体、和/或任何细胞副产品的方面扮演了重要的角色。

许多传统方法可用来大规模或小规模培养细胞。在小规模培养方面，近年来已发展出许多培养的容器，例如：培养皿即是一例。培养皿基本上包含一可用来盛装培养基的底盘，以及一可掀开的上盖。虽然可掀开的上盖的确方便操作，然而在培养过程中频繁的掀盖动作却也常使细胞遭到微生物的污染。而事实上，如何避免污染是一成功的细胞或组织培养技术所面临的最大挑战。

为避免使用培养皿常发生的污染问题，于是发展出培养瓶(cultureflasks)。培养瓶基本上含有一个培养室、一管状开口位于瓶子的一端及一对应的盖子。此种设计是了减少细胞接触到灰尘、细菌、酵母菌及其它污染源的机会。关于培养瓶的专利有，例如：Carver公司所拥有的美国专利第4,334,028号、Akamine公司所拥有的美国专利第4,851,351号及Degrassi所拥有的美国专利第5,398,837号。

虽然培养瓶较培养皿来得进步，其仍然无法完全解决污染的问题。此外，培养皿与培养瓶均无法提供充足的空气，并且培养瓶所提供的生长面积并不如培养皿来的充足，因此限制了培养的规模。

另一种用来培养细胞与组织的技术是滚动式培养瓶(roller bottles)，广泛利用滚动式培养瓶技术于细胞培养已有数年，虽然它具有某些培养皿或培养瓶所没有的优点，例如：提供细胞较大的生长与附着面积，然而还是无法克服所有的缺点，尤其是关于扩大培养规模方面。总而言之，这些缺点包括，但不限制于，因为顶部空间的气体(gas headspace)与大量旋转搅拌所造成的巨大流体剪应力。由于滚动式培养瓶的高剪应力环境，导致较大的三维结构的组织培养近乎不可能。唯有可以不受剪应力的伤害和/或能维持贴附于滚动式培养瓶内壁的细胞才得以持续培养一段时间。由此可知，维持长时间于滚动式培养瓶培养一细胞株的困难点在于：其高剪应力环境与污染的可能性。关于滚动式培养瓶的例子包括：Mussi公司所拥有的美国专利第5,527,705号及Serkes公司所拥有的美国专利第4,962,033号。

此外，虽然滚动式培养瓶的整体面积大于培养皿或培养瓶，然而其所提供给每个细胞附着的面积并不一定大于培养皿或培养瓶所提供的面积，特别是在大规模培养时。

故此，针对提高滚动培养瓶所能提供的生长面积的发明例如，Serkes公司所拥有的美国专利第5,010,013号是描述一种可增进细胞附着表面积的滚动式培养瓶，其是于滚动式培养瓶的内壁加上一种绉折状的通道，增加滚动式培养瓶的内表面积以供细胞附着。然而，一般滚动式培养瓶仅提供约850-1700平方公分的面积，故仍需要大量的滚动式培养瓶才足以达到大量生产。而自动化、大量的滚动式培养瓶的培养系统虽然可节省时间与人力，然而其操作却相当昂贵及具有限制性。

除了流体剪应力的问题与生长面积的限制之外，获得与保持充分的氧气供应也是细胞与组织培养技术的中心问题。正如本技术领域的人士所熟知，原核细胞、真核细胞，包括动物细胞、哺乳动物细胞、昆虫细胞、酵母菌与霉菌的生长均有一主要的速率限制步骤(rate-limiting step)，即氧质量转换(oxygenmass transfer)。

除了某些进行发酵作用的真核微生物，例如：酵母菌以外，对于多数的原核细胞与真核细胞，氧气的代谢对于细胞的代谢功能是相当重要的，尤其是针对哺乳动物细胞与动物细胞的培养技术，氧气的供应对于细胞快速分裂的早期阶段又特别的重要。当细胞悬浮时，对氧气的需求量最大，而当细胞聚集或是分化后，氧需求量就会降低。有些哺乳动物细胞与动物细胞为附着依存(anchorage-dependent)，另外有些哺乳动物细胞与动物细胞则可于液体环境中悬浮生长，即，非附着依存(anchorage independent)，然而所有的细胞均需生长于充分的溶氧环境中。在细胞培养的后期，不论是附着依存或是非附着依存的细胞，每单位体积的细胞数量会大量增加，因而再度需要大量的氧质量转换，以提供足够氧气。

基本上，至少对于附着生长的细胞，可以利用机器搅拌以及通入气体的方式来供应其需求的氧气，然而，如前所述，搅拌和通气的动作均会伤害细胞，因而减低其存活率及整体细胞和/或组织培养的的效率与产量。此外，直接通入气体到细胞及组织培养基中，会导致气泡产生，同样不利于细胞存活。

为解决细胞培养时氧气提供的问题而发明的装置，例如：Wolf et al.所拥有的美国专利第5,153,131号，是关于一种没有搅拌翼(blades)的生物反应槽(bioreactor vessel)。此生物反应槽是将空气由输气通道(air inletpassageway)通入，经由一支持板元件(support plate member)穿过屏幕(screen)，并通过夹于反应槽外箱(housing)两侧间的-扁盘状的渗透膜(flatdisk permeable membrane)，利用外箱两侧之间的氧浓度梯度，使氧气可以扩散，通过渗透膜而到达培养室(culture chamber)。

然而，Wolf的生物反应槽具有许多缺点：

1、尤其是，氧气经由扁盘状的渗透膜扩散的速率成为培养室规模的主要限制因素。

2、另外一个缺点是扁盘状的渗透膜设计成可伸缩以具有搅拌功能，此点却可能造成细胞的死亡。利用搅拌功能以使空气均匀分布于培养基中是相当重要的，然而，搅拌的同时也将增加培养室内部的剪应力，如前所述可能造成对细胞的伤害。因此，当设计生物反应器或培养槽时，如何提供足够的气体交换，以维持培养较大的细胞结构，是相当重要并且为一实际的限制。

为了解决所述缺点的装置，利用透气材料(gas permeable material)所制造的反应器，例如：Schwarz et al.所拥有的美国专利第5,702,941号，名称为”可透气的生物反应器及其使用方法”，是关于一种可水平转动的容器，并且其容器壁是部分采用透气材料，以期达到直接通过此透气材料与培养基进行气体交换的目的。

然而，Schwarz所揭露的装置的规模仍然受到限制，原因在于气体交换需依据透气面积的大小来决定，Schwarz虽然强调当装置的表面积增加，培养基的体积量亦相对增加，而于其说明书中所揭露的较佳实施例的规模限制于直径1至6英寸，宽度则介于1/4至1英寸之间，这样的大小并不合适生长具有三维空间的细胞集结物与组织和/或任何大量规模生产。

同样地，Falkenberg et al.所拥有的美国专利第5,449,617号，标题为“用于细胞培养的培养容器”，是关于一水平旋转的装置，此培养容器通过一透析膜，将内部区分为细胞培养腔室与营养液储存槽(nutrient medium reservoir)，透气材料用在本容器壁，使得细胞培养室可进行气体交换，不过营养液储存槽也并非完全充满营养液，而是两个腔室的培养液上方都维持大量的气体。然而，Falkenberg容器并未设计用以减少细胞培养室内部的扰动，相反的，为了保持透析膜的潮湿，搅拌是必要的步骤；此外，Falkenberg并未提及使用此容器于培养细胞集结物或是任何类型的组织。

为解决氧气供应的问题的发明还有，例如：Liau所拥有的美国专利第5,766,949号，标题为“培养附着依存的单层细胞的方法与装置”，是描述一种上下震荡培养基，以增加氧气提供的培养系统。其主要缺点是：

1、其中之一是其装置的复杂性。Liau的系统包括两个外接的储存槽以及一个含有一系列垂直基材平盘(vertical substrate plates)的分离式培养室，另外还需要多数个多数个蠕动式泵体(peristaltic pumps)推动培养液由一个储存槽流经培养室，再流到另一个储存槽，最后再流回到第一个储存槽。因为Liau的装置复杂而且有一部份为培养室外部的设备，例如：外部管线、储存槽与泵体，所以极有可能将外界的污染源导入内部，另外，因为装置的设备庞大，灭菌工作不易进行，又耗费人力。

2、Liau的发明另一个缺点是培养液流经系统时，所造成的流体剪应力可能会干扰并且移动生长于基材平盘上的细胞，因而减低细胞的存活率。

3、另外，垂直基材平盘的设计并不利于细胞附着，因为某些无法即刻附着的细胞会掉落并堆积在平盘的底端，这些细胞最后大多会死亡，因此降低细胞的存活率以及蛋白质产量，而此系统必须一再地重新开始，相当没有效率，而且不理想。

4、再者，由于此系统的复杂性，收集任何分泌的蛋白质或是细胞产物都很麻烦且耗时。最后，当生长液低于细胞生长的基质平盘时，细胞将会暴露于空气中，即，直接接触气体环境，因此将导致细胞死亡。

发明内容

本发明是提供并揭露一种细胞和组织培养的方法与装置，因为细胞与组织培养技术对于生物科技研究、药物研究、患者护理与学术研究都相当的重要。为了克服传统技术的缺陷与限制，并且补足其不便之处，本发明提供更可靠、较不复杂、更有效率、较省事、较不昂贵、较省人力并可增加细胞存活率与细胞副产物的产量的一种新方法与装置，以满足长久以来的需要。本发明的装置同时减少污染与增加细胞的寿命。

本发明的目的是提供一种细菌培养方法及其装置，用来培养细胞和/或组织以及收集其产物的可靠、简易及便宜，可以用完即丢与有效率的方法与装置。更具体而言，本发明是提供与揭露一种新颖的方法与装置，可以有效的培养欲培养的细胞，例如：原核细胞、真核细胞、动物细胞与哺乳动物细胞，可以持续提供氧气和养分却不会让任何细胞接触空气，因此可以降低细胞的伤害甚至细胞死亡率。

此外，本发明的方法与装置是可减少污染，避免细胞于提供气体时直接受到剪应力的伤害，因而可以预防气泡与气体对细胞的负面影响。本发明的装置可为自动或手动操作，再者，本发明的装置是提供一更简单、更便利的方法生产与收集细胞产物，例如：蛋白质，和/或抗体，和/或任何细胞和/或组织的产物。

本发明的目的是这样实现的：它包括但不限于提供一种新颖的方法与装置，用以制备、生长与维持细胞；提供一新颖的方法与装置以生长和/或制备组织培养物；

提供一新颖的方法与装置以制备及生长器官培养物；

提供一新颖的方法与装置，在充足的氧气与养分供应及最少的污染的环境下培养细胞；

提供一新颖的方法与装置在一多孔的生长基材(porous growth substrate)上培养细胞，以加强细胞的氧气与养分的交换，却不会因为注入气体而使细胞直接接触到气泡和/或剪应力；

提供一生长基材以强化细胞的附着力、增加空气与培养液的接触面积，以及作为一个装置中静态的培养基搅拌器；

提供一个新颖的方法与装置，使细胞能间歇性地沉浸或是浮出培养基；

提供一方法与装置可以使细胞污染减至最低，可使细胞死亡率减至最低，因而增加细胞产物的产量；

提供一方法与装置可以使培养时的流体剪应力大量减少甚至完全没有，使细胞死亡率减至最低；

提供一方法与装置在培养时不需要通过通气来供应培养基氧气；

提供一方法与装置使培养基可以移动，让掉落的细胞可以再次分配并且帮助增进细胞的附着能力；

提供一方法与装置可持续供应细胞培养基与氧气，使细胞产物的产量达到最大量，提供更多的面积让细胞附着；

提供一方法与装置可有效率的制备与收集细胞和/或组织分泌的蛋白质与其它产物；以及提供一培养细胞的方法与装置，使得培养一段时间后细胞的生存率可获得改善。

本发明是提供一细胞培养装置，其是至少包括一腔室。所述的细胞培养装置可进一步包括：

第一腔室具有第一端、第二端、一内表面及一外表面，其中内表面具有至少一个结构以接受至少一个细胞以及允许细胞贴附和/或附着；

第二腔室是与所述第一腔室的第二端交接或相连，该第二腔室具有第一端、第二端、一内表面及一外表面，其中包括至少一个薄膜或一联络装置置于第一腔室的第二端与第二腔室的第一端之间。

所述的第二腔室是包含具有第一端与第二端的可压缩的元件，并且可选择性地于可压缩元件的第一端的外表面提供第一盖(cap)，及于可压缩元件的第二端的外表面提供第二盖，其中当第二腔室不使用时，第一盖可与第二盖相结合，使得第二腔室中的可压缩元件是压缩于第一盖与第二盖之间。

所述的细胞培养装置，尚可进一步包括有：一空气环境是位于第一腔室的内部；培养基是位于第二腔室中的可压缩元件内部，且该培养基可经由一联络装置和/或薄膜于第一腔室与第二腔室之间自由移动；以及选择性的使用一驱动装置压缩与伸展第二腔室中的可压缩元件，以使培养基于第一腔室与第二腔室之间移动，使得至少有一个细胞贴附和/或附着的结构能够在第二腔室压缩时，沉浸于培养基中，而于第二腔室伸展时，通过一空气-培养基薄层界面，而间接暴露于空气环境，以提供氧气。

所述的细胞培养装置的第一腔室包含至少一个开口，可用来接受或移动培养基与细胞，以及允许细胞培养装置与外界的环境交换空气。所述的第一腔室的开口可以选择性的装有一个关闭装置，并且可选择性地装设一空气滤网，以防止污染。通过控制此关闭装置，搭配第二腔室的压缩与伸展，更可以达到控制第一腔室的压力环境的能力，并且直接施压在生长基材上，提高压力的作用。例如：紧缩此关闭装置，同时压缩第二腔室，可以增加第一腔室内的压力；紧缩此关闭装置，同时伸展第二腔室，可以减少第一腔室内的压力。通过增加或减少压力在生长基材上，可以作为培养特殊种类细胞或组织的用途，例如：造骨细胞(osteoblast)或人工骨组织。

所述的细胞培养装置是可作三维组织的培养。

本发明的第一类实施例是一细胞培养装置，其至少包括：一内部放置有提供细胞附着与生长的生长基材(growth substrate means)的第一腔室，其中生长基材是放置于第一腔室的空气环境中，本发明的新颖的生长基材是可于接种细胞时(cell plating)，作为捕捉并留住细胞的深床过滤器(depthfilter)、也可增加空气与培养基的接触面积以及作为一静态的搅拌器(staticmixer)。本装置还包括选择性连接至第一腔室的第二腔室，连接的方式可通过一种具有渗透性的、以及更佳是多孔的薄膜，且此第一腔室可位于第二腔室的上方、下方、和/或旁边，和/或是环绕的方式，以此可帮助培养基任意的在第一与第二腔室之间流动。

本发明的装置包括一驱动装置，可驱动培养基于腔室间来回往返，以温和的再次分配掉落的细胞回到生长基材上，因而能强化细胞附着能力，可通过混匀培养基，而帮助气体与培养基的接触，以及在不伤害或杀死细胞的前提下，确保养分与气体平均分布。

本发明使用的驱动装置包括：升降器、油压缸、气压缸、气体压缩器、螺旋起重器(screw jack)、滑轮(pulley)等。

本发明的另一类实施例是一细胞培养装置，其至少包括：一个内部包含和/或支撑一提供细胞附着与生长的生长基材的第一腔室，其中生长基材是放置于具有空气环境的第一腔室中，本发明的装置还可选择性包括连接至第一腔室，并且用来保存培养基的第二腔室，其中第二腔室至少包括一可调节和/或调控体积的装置，可用来调节第二腔室中培养基的量，使得当第二腔室的培养基为最小量时，多数的培养基可流至第一腔室中，然而当第二腔室的培养基调成最大量时，多数的培养基均流回第二腔室中。此种体积调节装置可以包括，但不限于一个可压缩的腔室，例如：风箱、活塞、气球、有输气管的浮囊、气压和/或任何其它可以移动培养基于腔室间来回的工具。

本发明的装置也可包含一驱动装置与控制流体和/或液体的体积调节装置，可以进一步帮助培养基间歇性地在第一腔室与第二腔室间流动，使培养基可以完全覆盖生长基材以提供细胞养份与溶氧。因此，当培养基为最小量时，于生长基材上的细胞便会接触到一空气-培养基的薄层界面，以获得足够的氧气供应。而当第一腔室的培养基为最大量时，细胞则会接触到培养基中的养分。通过调控第一腔室内培养基的量，当细胞接触到空气-培养基的界面时，细胞与空气之间有一薄层水膜隔开，如此既可以提供充足的氧气给细胞，却不会让细胞过分干燥，也不会因为空气的进入而让细胞直接接触到剪应力和/或气泡，对细胞造成伤害或是不利的影响。

本发明的再一类实施例是关于一培养细胞的方法，例如：原核细胞、真核细胞和/或哺乳动物细胞。本发明所提供新颖的方法至少包括以下步骤：提供第一腔室；放入生长基材用来培养细胞并强化细胞附着力；提供第二腔室；将第二腔室连结至第一腔室；提供培养基于第二腔室；于第二腔室选择性地装设一流体和/或液体调节装置，以使培养基间歇性地于第一与第二腔室之间流动，以提供细胞足够的养分与氧气，却不伤害或杀死细胞；再次分配掉落的细胞，以增加细胞附着；以及提供一空气-培养基的界面与提供一种可以补充新鲜培养基，并且收集培养基中的细胞产物的机制。因此，本发明不仅通过增加细胞附着来提升细胞产量，还提供简易的收集管道，并且本发明的装置是可事先灭菌，且用完即丢弃，使培养的感染机率降至最低，还可避免重复灭菌使用所造成的问题。此外，本发明提供一新颖的方法，是可间歇性，但非直接的，经由一空气-培养基的薄层界面提供细胞氧气，却不会伤害和/或杀死细胞。

本发明的又一实施例是根据前面一实施例的方法，再进一步包含由培养基中收取所欲的细胞分泌的产物。此方法至少包含下列步骤：从细胞培养装置收集培养基；收集培养基内细胞分泌的蛋白质；提供与补充新鲜的培养基到第一腔室至足够供应细胞生长的量；以及周期性与间歇性移动培养基在第一与第二腔室之间流动往返，使得当第二腔室的培养基调到最小量时，培养基可以流到第一腔室使生长基材能沉浸在培养基中，而当第二腔室的培养基调到最大量时，培养基又会回到第二腔室，使生长基材可以通过空气-培养基的界面接触到空气环境而获得氧气。此种间歇性，但非直接的，利用空气-培养基的界面让生长基材上的细胞接触到富含氧的环境，并且沉浸于培养基中的方法，可提供一均衡的氧气与养分的供应，却不会伤害和/或杀死细胞。

本发明的再一实施例是一细胞培养装置，至少包括：一腔室，具有第一端与第二端，其可装有培养基并且于第二端培养细胞，于第一端含有空气环境；一生长基材，放置于腔室内部以供细胞附着与生长；一培养基储存槽，是装有培养基并与腔室互相连接；以及一驱动装置，是可间歇性与周期性的使培养基于培养基储存槽与腔室之间流动，使生长基材沉浸于培养基中或是通过一层空气-培养基薄膜间接暴露于空气环境中；一磅秤组合是与驱动装置结合，可感应腔室的重量以控制驱动装置的开启或关闭。所述的细胞培养装置，是可进一步利用一转轴与承台组合，以旋转搅拌增加细胞接种与培养基混合效果。

下面结合较佳实施例和附图详细说明。

附图说明

图1是本发明的细胞培养装置的实施例1示意图，其中第二腔室位于第一腔室的下方，并且可以选择性的具有可压缩性，使得培养基能在第一与第二腔室间流动，其中，可压缩的第二腔室此时并未压缩，所以生长基材是暴露于一空气-培养基的界面以提供氧气。

图2是图1的第二腔室为压缩状态，而生长基材是沉浸于培养基中，以使细胞获得养分。

图3是本发明的细胞培养装置的实施例2的示意图，其中一个可扩张的气球置于和/或位于第二腔室中，此气球是处于泄气状态，使培养基留滞在第二腔室，所以第一腔室的生长基材便可通过一空气-培养基的薄层界面而暴露于空气环境中。

图4是图3的气球是处于充气状态，因而推动培养基从第二腔室流到或运送到第一腔室中，使生长基材上的细胞可以沉浸于培养基中。

图5是本发明的细胞培养装置的实施例3的示意图，其中一个活塞置于第二腔室中，并且充分拉长，使得培养基留滞在第二腔室，所以第一腔室的生长基材便可通过一空气-培养基的薄层界面，而间接暴露于空气环境中，因此细胞绝对不会直接接触到气体或是空气。

图6是图5将第二腔室的活塞往上推，以强迫培养基从第二腔室流到或运送或移动到第一腔室中，使生长基材可以沉浸于培养基中，以提供细胞养分。

图7是本发明的细胞培养装置的实施例4的示意图，其中生长基材是一中空纤维。

图8是本发明的细胞培养装置的实施例5的示意图，其中生长基材是一半透膜囊和/或容器和/或载体。

图9是本发明的细胞培养装置的实施例6的示意图，其中第二腔室的充气装置充气之后，第一腔室中的生长基材便会浮在培养基上，并且通过一空气培养基的界面间接暴露于空气环境中。

图10是图9的第二腔室的充气装置泄气之后，第一腔室中的生长基材便会沉浸在培养基中。

图11是本发明的细胞培养装置的实施例7的示意图，其中上层的腔室具有可压缩性，可以控制下层的腔室内的培养基的流动方向。

图12是图11通过压缩上层腔室，可以使下层腔室内的生长基材沉浸于培养基中。

图13是本发明的细胞培养装置的实施例8的示意图，其中第一腔室的培养基含量是由环绕于其周围的第二腔室的气压来控制。

图14是本发明的生长基材，是通过压缩可压缩的第二腔室，使生长基材沉浸于培养基中。

图15是本发明的生长基材，其中通过伸展可压缩的第二腔室，使生长基材通过一空气-培养基的界面间接暴露于空气环境中而获得氧气。

图16是本发明的细胞培养装置的实施例9的示意图，是与本发明的实施例1结合，其中第二腔室的移动是由一活塞机构控制，并且当第二腔室未压缩时，培养基会留滞于其内。

图17是图16利用活塞机构控制第二腔室于压缩状态。

图18是本发明的细胞培养装置的实施例10的示意图，是与本发明的实施例1结合，其中一螺旋起重器组合，用来作为控制第二腔室压缩的工具。

图19是图18的螺旋起重器组合用来压缩第二腔室，使得培养基可以由第二腔室流到第一腔室。

图20是本发明的细胞培养装置的实施例11的示意图，其中含有一种驱动装置，用来压缩装有培养基的腔室。

图21是图20含有一种驱动装置用来压缩装有培养基的第二腔室，使得培养基可以由第二腔室流到第一腔室。

图22是本发明的细胞培养装置的实施例12的示意图，是以气球为驱动工具，如图3、4所述。

图23是图22的气球处于充气状态。

图24是本发明的细胞培养装置的实施例13的示意图，是以不同的驱动装置作为本细胞培养装置的体积调节装置，以便使培养基在腔室之间流动。

图25是本发明的细胞培养装置的实施例14的示意图，是以另一种驱动装置结合本发明的实施例6，使得外部腔室的压力较内部腔室高，因此多数的培养基可以由外部腔室流到内部腔室。

图26是本发明的细胞培养装置的实施例15的示意图，是结合本发明的实施例1，并且另外包含连结到本发明的细胞培养装置的两个储存槽，以便补充新鲜的培养基给细胞，并且经由连结到细胞培养装置的连结物和/或管线，收集溶解于培养基中的细胞产物。

图27是本发明的细胞培养装置的实施例16的示意图，是结合本发明的实施例1，并且另外包含连结到本发明的细胞培养装置的两个储存槽，以便补充新鲜的培养基给细胞，以及经由细胞培养装置内含的泵体收集溶解于培养基中的细胞产物。

图28是图27选择性的使用电子装置系统或计算机控制泵体，以便收集溶解于培养基中的细胞产物。

图29是本发明的细胞培养装置的实施例17的示意图，是结合本发明的实施例1，并且另外包含连结到本发明的细胞培养装置的两个储存槽，以便补充新鲜的培养基给细胞，以及使用泵体收集溶解于培养基中的细胞产物。

图30是图29选择性的使用电子系统和/或计算机控制泵体，以便收集溶解于培养基中的细胞产物。

图31是本发明的细胞培养装置的实施例18的示意图，是包含至少一个细胞生长腔室，至少一个内部的开放空间，并进一步包含一个可移动的生长基材与驱动装置连结，驱动装置是一升降器，使得生长基材可以沉浸于培养基中。

图32是图31的驱动装置是一升降器，使得生长基材可以自由的上下或左右移动，以便浮出培养基至生长腔室中。

图33是本发明的细胞培养装置的实施例19的示意图，是包含至少一个细胞生长腔室，至少一个内部的开放空间，并进一步包含一个可移动的生长基材与驱动装置连结，驱动装置是一螺旋起重器，使生长基材可以沉浸于培养基中。

图34是图33进一步包含一个可移动的生长基材与驱动工具连结，驱动工具为一螺旋起重器，使得生长基材可以自由的上下或左右移动，以便浮出培养基，并将每个生长腔室的氧气量增加到最大量。

图35是本发明的实施例20的示意图，是包含一腔室，其内装填生长基材供细胞贴附生长，另有一储存槽承装培养基。利用一磅秤感测腔室的重量，当腔室的重量低于某设定值时，可通过控制器送出讯号启动气压泵体，并开启或关闭阀门，以控制培养基在储存槽与腔室间流动，使生长基材浸泡于培养基的中，或是通过一空气-培养基的薄层界面间接接触到空气环境。为了提升反应器的搅拌效率，利用一转轴与承台组合，以旋转搅拌来增加细胞接种以及培养基混合的效果。

图36是本发明的细胞培养装置的实施例21的示意图，是包含第一腔室位于可压缩的第二腔室的上方，且第一腔室内部含有生长基材供细胞生长，第二腔室则承装培养基；通过一升降平台的移动与活动瓣膜的活动，可使细胞培养装置内部液体流场一致化，亦即造成生长基材内部液体流动由上向下，可以有利于细胞截留于载体的内。

图37是本发明的细胞培养装置的实施例22的示意图，是利用控制气体阀门的开启与关闭，以控制腔室内气压与培养基的流动，以便进行培养基更换的动作；此培养基更换动作可由计算机做过程控制、做更换体积与更换次数的调控。

图38是本发明的细胞培养装置的实施例23的示意图，是实施例22的延伸，利用一导管连结右侧的培养基换液装置与左侧的高效能细胞培养装置，此系统的运作是通过可压缩腔室的压缩与伸展动作，造成其内压力的改变，于是移动培养基由培养基储存腔室至细胞培养腔室，使生长基材沉浸于培养基中，或是通过一空气-培养基薄层界面而间接接触到空气环境；此装置可以避免频繁更换培养基的困扰。

具体实施方式

以下的实施例仅供说明本发明，而不宜用来局限本发明的保护范围。本发明的详细说明可结合附图作为参考，用以帮助获得更充分的了解。以下说明仅叙述部份较佳示范例，然而不宜因此对本发明添加不必要的限制。本发明的实施例可用于培养任何细胞，例如：真核与原核细胞，特别是动物细胞和/或哺乳动物细胞。本发明包括，提供一种具有至少一个腔室、至少一个开口与至少一个关闭装置用以关闭开口。所述的腔室其中可以包括，例如：所欲培养的细胞、培养基与提供细胞附着和生长表面的生长基材。于一个较佳的实施例中，生长基材是一松散集结物，可在接种细胞时，当作捕捉并留住细胞的过滤器，以达到最大的细胞附着程度，生长基材也可通过一气体-培养基的薄层界面，而增加空气与液体的接触面积，并且生长基材还可作为一静态的搅拌器(staticmixer)。生长基材较佳为多孔的基材，并且可为任何大小、形状及可以由任何材料组成，特别是本发明的多孔生长基材是提供最大的面积让细胞附着、生长、温和搅拌、温和混匀与提供氧气，却绝不会让细胞直接接触到空气。

本发明的腔室系统同样可通过周期性与间歇性的使细胞接触养分与空气，而促进细胞的生长。

本发明的系统亦提供一简易的方法可用于收集含有细胞产物的培养基与更新培养基。

本发明的细胞培养装置也可保护细胞不直接接触到任何空气、气泡或任何因通气而造成的剪应力，因此可以避免任何对细胞不利的影响。

具体而言，本发明是关于一种可靠的、简易的、不昂贵的、抛弃式的、无菌的与有效率的培养细胞和/或组织与收集其产物的方法与装置。

更确切的说，本发明是关于一新颖的方法与装置，可用来培养任何细胞，不论是真核、原核、哺乳动物或动物细胞，并且可以充分供应细胞生长所需的养分与氧气却不会伤害到细胞。

此外，本发明的方法与装置可以预防或大量减低任何形式的污染、避免造成剪应力与保护细胞不会直接接触空气、气泡或气体。

再者，本发明的装置可为自动或手动操作，可节省劳力和/或管理的人力，另外，本发明是提供一较简易、方便的方法与装置，可用来生产及收集细胞或组织的产物，例如：蛋白质、抗体等。

本发明的第一实施例是一包含至少一个腔室的细胞培养装置，更具体而言，细胞培养装置所包含的第一腔室，其内部是放置有提供细胞附着与生长的生长基材，生长基材可以间歇性及定期性的，但非直接的，利用空气-培养基的薄层界面而接触到空气环境以获得氧气，或者是沉浸于培养基中，以帮助细胞生长，并制造细胞产物。第一腔室包含至少一个薄膜，较佳是两个，薄膜较佳是多孔性质，更佳是具有渗透性，使生长基材可以置放于两层薄膜间，以便控制细胞的氧气与养分的吸收。所述薄膜是可使培养基渗透，因此可作为培养基由一腔室温和地进入另一腔室的通道。

本发明的装置可选择性的包括第二腔室做为培养基的储存槽，并通过薄膜连结至第一腔室，第二腔室的部份是作为一可调节体积的装置，通过压缩与解压缩使得培养基可于腔室间流动。第一腔室可位于第二腔室的上方、下方、旁边，或是环绕第二腔室的方式。

此外，本发明可选择性的包括一驱动装置以控制体积调节装置，因此可以进一步帮助培养基周期性与间歇性地在腔室间流动，使培养基可以完全覆盖细胞以提供养份，并且生长基材也可以浮出培养基，通过一空气-培养基的界面使细胞获得充足氧气。此种间接暴露于空气环境中的方式，可以让细胞获得充足及有效率的氧气供应，却不会伤害和/或杀死细胞。

本发明的另一实施例是一具有提供细胞生长与促进细胞附着的生长基材，其中生长基材是放置于第一腔室的空气环境中，并且第一腔室与第二腔室相结合。另外尚有一薄膜放置于第一腔室与第二腔室之间，所述薄膜较佳是具有多孔，以作为培养基于腔室间流动的通道，并且薄膜可支撑生长基材。第二腔室是具有一体积调节和/或液体控制的装置，使得培养基可于腔室间流动，因此，当第二腔室的气体被调节至最小量时，大多数的培养基均留滞于第二腔室，然而当第二腔室的气体被调节至最大量时，多数的培养基均流到第一腔室。体积调节装置可进一步选择性地由驱动装置调节、调整或控制，使培养基在第一腔室与第二腔室间来往流动。

因此，当第二腔室的培养基体积为最小时，第一腔室的生长基材便会周期性与间歇性地沉浸于培养基中，然而当第二腔室的培养基体积为最大时，第一腔室的生长基材便会通过一空气-培养基的界面间接接触到空气环境，以获得充足氧气。此种通过空气-培养基的界面间接暴露于空气环境，以提供充分氧气的方法，并不会伤害和/或杀死细胞，因为细胞并未直接接触到气流。

本发明的第一腔室与第二腔室是可由任何材料构成，包括但不限于，聚丙烯、塑料或热塑性塑料。每个腔室的体积则可以改变，而且可为相同或不同的体积，每个腔室的体积较佳是约10毫升到约5000毫升之间，更佳是约50毫升到约2500毫升之间，而最佳是约100毫升到约1000毫升之间。

在另一个实施例中，本发明的细胞培养装置是至少包括一个可分隔第一腔室与第二腔室的薄膜或区隔装置，此薄膜或区隔装置具有渗透性，且较佳是多孔材质，并且可以支撑和/或支持生长基材，还可以当作平台(platform)。

所述的渗透膜可由任何材料组成，例如，但不限于半渗透性纤维、半渗透性高分子聚合支持物(polymer support)、金属或是塑料。渗透膜可为任何能够支持、支撑或承受生长基材的重量的型式。在一较佳实施例中，薄膜是多孔与渗透性使得培养基可在腔室间进出，却不至于干扰细胞培养和/或移动任何细胞，同时可作为一静态的搅拌器。尤其是可加入另一个与第一个薄膜同样或类似性质的渗透性薄膜，放置于生长基材的另一侧，使生长基材于浸入培养基时能于第一腔室中保持固定的位置，不至于移动走位。

本发明的生长基材可为任何材质，包括但不限于，例如：陶瓷、生物可分解基质、高分子聚合物、编织基材(woven substrate)、非编织基材(non-wovensubstrate)、聚酰胺、聚酯、聚氨酯、碳氟聚合物、聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯醇、三甲胺、玻璃、硅与二乙氨乙基(DEAE)。多孔生长基材可为任何型式、形状或大小，包括但不限于，碟状、薄片、块状、盘状、片状、带状、粒状、微载体、微粒、半透性颗粒、微颗粒、半透性膜或半透性中空纤维。使用本发明的生长基材是可增加细胞附着的表面积与空气-培养基的面积。

生长基材的型式也可以是，但不限于，中空纤维、纤维束、细胞生长方块(cell growth cube)以及有通道的陶瓷核心(channeled ceramic core)，此类生长基材所拥有的优点在于：大量增加细胞生长与附着的表面积。本发明的生长基材亦可使用市面上可购得的微载体基材系统，例如：如前所述的中空纤维、纤维束、细胞生长方块及有通道的陶瓷核心。本发明使用的微载体与其相关基材的外部是可包裹蛋白质和/或其它生物或化学的特征，以加强细胞附着力或是选择性地增加特定类型细胞的附着。

微载体系统可帮助细胞以商业大量生产所需的速度生长，并且不需耗费大量人力，相较于滚动式培养瓶与其它系统，本发明的细胞培养装置可以同时用于小规模与大规模的细胞复制与细胞生产，此外，微载体生物反应器系统很适合用于自动化大规模的培养附着依存细胞。

传统利用微载体生产系统培养附着依存细胞时，需要一搅拌系统，以提供细胞氧气，此系统其中一元件与另一元件交互作用以使得大量携带细胞的微载体颗粒，得以悬浮在培养基中。相反的，本发明则不需要这样的搅拌系统来提供足够的养分与氧气，因为培养基周期性与间歇性的于腔室之间流动，可以帮助搅拌，并且可以使任何掉落的细胞重新附着于生长基材的机会，以提高细胞的附着力，因而能改善细胞的生长情况，并增加细胞产物的生产。

作为一微载体的材料，其表面化学成分须能支持细胞附着与生长，而且不能对细胞或其衍生的产物具有毒性，理想的微载体的直径约为75-225μm，不过也有较大或较小的尺寸被使用过，例如：(美国专利第5,114,855号(1992年5月)；J.Varani，S.Josephs and W.Hillegas，”Human Diploid Fibroblastgrowth in polystyrene microcarriers in aggregates”，Cytotechnology，22：111-117(1996))。

本发明是提供一种新颖的颗粒状的生长基材，其是可以各种尺寸存在，其直径可为约1毫米至约100毫米之间，然而依照个人需要，任何直径均为合适直径。另外，于本发明中，此颗粒是可为任何可利用的形状或型式，在本发明的较佳实施例中，生长基材是一不规则状的、松散集结的基质。

本发明的颗粒，其理想密度可介于1.02-1.05g/cc，然而依照不同应用上的需要，也可使用较轻或较重的材质。除了表面化学特性的不同外，不同材质的颗粒的硬度、多孔性与吸收程度均有差异，操作特性、耐久性、耐储时间(shelflife)与消毒的简易度等均会影响制程的花费，本发明是可根据商业潜力的观点，而作适当的调整。

本发明的较佳实施例是提供一多孔的生长基材和/或颗粒，此多孔基材至少可于三方面增加细胞的生长与存活率。

第一，当多孔的颗粒沉浸于培养基时，在颗粒的孔洞中会产生温和的搅拌作用，例如：使用半透性颗粒微载体而非搅拌装置，当多孔的生长基材颗粒于培养基中流动时，便创造了一种温和搅拌的环境，因而可以作为一静态的搅拌器，此种温柔搅拌的效应，可促进细胞的生长、使养分均匀分布，并且使掉落的细胞重新分配，以增加其再次贴附和/或再次附着到生长基材上的可能性。重新分配掉落的细胞，特别是针对附着依存的细胞，可以增加细胞培养整体的生存率。

第二，当多孔生长基材颗粒未沉浸于培养基时，其内部结构可以提供细胞足够氧气，然而可以保护细胞避免其直接接触气体环境，因此，多孔生长基材颗粒可作为一有效率的溶氧增生器(oxygenator)。细胞直接接触到气体环境将对细胞不利，并且更进一步伤害细胞或造成死亡，尤其是动物细胞，当生长基材由培养基中浮出，一部份或薄层培养基将留滞于多孔颗粒的表面，形成一培养基薄层覆盖生长或浸泡于多孔颗粒表面的细胞，如此便可形成一空气-培养基的界面薄层，使氧气有效率的扩散，让细胞可以有效率的吸收氧气，却不会直接接触空气。另外，此多孔的生长基材颗粒可增加细胞生长的表面积，以及让细胞接触空气-培养基的界面。

第三，此多孔的生长基材颗粒可作为在平盘接种(plating)和/或接种(inoculate)细胞时，当作捕捉细胞的过滤器，以增加细胞附着数目，多孔的生长基材颗粒是一松散集结的基质，可在接种细胞时，简单而有效率的分布细胞，以及确保最多的细胞附着于多孔的生长基材的表面。

本发明所使用的气体可为任何适用于培养任何细胞的气体混合物，包括，但不限于空气。本发明装置的第一腔室包含至少一个开口，可用来接受或移动培养基与细胞，以及允许细胞培养装置与外界的环境交换空气。此开口可以有一个关闭装置，另外可选择性的于开口与关闭装置间装设一空气滤网，以接受空气，并且减少污染，此开口可为任何形状或直径大小。

此关闭装置可为任何形状或型式，包括但不限于，螺旋盖或弹簧盖。此外，此关闭装置可为任何材质，包括但不限于，塑料。在一较佳实施例中，关闭装置是可包含一空气滤网，以避免微生物、细胞或任何污染物进出细胞培养装置。灭菌空气滤网是熟习本技艺者所习知，并且可购自于，例如：Millipore，MA。

本发明的细胞可以为真核细胞和/或原核细胞。在一较佳实施例中，其细胞是动物细胞、哺乳动物细胞，较佳是人类细胞。细胞可为任何经过重组或未重组的原核细胞或真核细胞，包括：昆虫细胞，例如：Sf-9；灵长类细胞，例如：Vero；老鼠细胞，例如：BHK或C-127；苍鼠细胞，例如：CHO；酵母菌，例如：Saccharomyces或Scizosaccharomyces；或人类细胞，例如：肿瘤、成骨细胞(osteoblast)及间叶干细胞(mesenchymal stem cells)。

原核细胞可为任何好氧(aerobic)或厌氧(anaerobic)、革兰氏阳性(Grampositive)或革兰氏阴性(Gram negative)细菌或重组或非重组，包括，但不限于，Escherichia coli及Bacillus subtilis。任何细胞均可生长于本发明的细胞培养装置，此外，附着依存或非附着依存的细胞也适用于本发明。附着依存细胞需要表面附着生长，然而非附着依存细胞则生长于液状悬浮液中，所有种类的细胞均需要充足的氧气、养分与生长因子以供其生长。

在另一实施例中，本发明是提供一细胞培养装置可培养三维结构的组织，培养用来移植的组织需要符合美国食品与药物管理局(FDA)的标准才能获得许可，FDA的标准包括，但不限于，具有改善疾病的功能、组织培养的一致性与再现性，及经过认证的灭菌过程。为了达到体内实施的功效，所培养出的组织必须具有三维结构，而为了达到再现性，培养细胞的环境须符合人体的生理环境，至于灭菌过程的认证，可通过培养组织的无菌侦测资料，来证明其无菌性，并建立说明书。

可移植的组织具有三项关键特征：

1)具有细胞外间质(extra cellular matrix)，以维持机械稳定性与支撑性(scaffolding)。

2)具有细胞间的接触，以维持其存活与正常功能。

3)具有三维型态，可以区分出生长与繁殖的子细胞群(cellsubpopulation)。

标准的组织培养方式(例如：t型培养瓶、培养皿、滚动培养瓶与搅拌滚动培养瓶)通常无法培养出直接取代器官功能的可移植的组织，其原因在于：缺少多维的(multi-dimensional)细胞间的接触，以及过度生长不需要的子细胞群。

本发明是克服传统技术的限制与缺陷，例如：克服传统技术的滚动式培养瓶与搅拌反应器的抑制细胞的三维生长；提供压力/真空环境的控制，以仿真的真实组织的生长环境。此外，关于病毒的生产，传统的滚动式培养瓶的病毒产量为195pfu/cell，微载体/旋转瓶(spinner flask)为109pfu/cell，而本发明则为313pfu/cell，是增加2至3倍的产量。

传统技术因为剪应力(shear)过大，故对于较脆弱的细胞造成伤害，本发明是减少、降低与控制其所施加的扰动与其伴随的减应力，以避免伤害某些特定种类的细胞。

在传统技术中，除了标准滚动式培养瓶的培养程序，尚有其它机械操作会影响细胞正常生长，尤其是某些喂养细胞的机械操作。当以滚动式培养瓶与搅拌槽生物反应器培养细胞时，其更新、置换或补充培养基的操作，即“培养基更新模式(medium exchange mode)”，具有几项缺失，尤其是，在搅拌槽生物反应器要使用，例如：灌注(perfusion)或分批补料(fed-batch)方式等“培养基更新模式”是很困难的，因为需要额外增加其它复杂的装置，例如，离心过滤器(spin filters)、分离斜板(inclined separation plate)或切向流式过滤装置(tangential flow apparatuses)。此外，当利用传统方法与装置实施灌注模式更新培养基时，会发生附着的细胞被冲掉的情形。

本发明是可通过减低灌注时的剪应力与减少细胞掉落的情形，来补救所述传统技术的缺失。

本发明的调节和/或调整体积的装置可以包括，但不限于，一个可伸缩的腔室，例如：风箱、浮囊、活塞组合或是气球。此外，本发明的用以驱动可压缩腔室的装置可以为自动或手动操作。

以下针对调节和/或调整体积的装置作进一步的说明。本发明的自动驱动装置是可由一电子装置控制，例如：计算机。本发明的驱动装置是可通过操作任何传统的自动化装置，例如：机器人，来控制其自动化。

本发明的体积调节装置是一可压缩的腔室，例如：风箱，则可通过压缩与伸展此风箱，调节风箱内培养基的体积，例如：当风箱压缩到极限时，此时其内部的培养基的体积为最小，而当风箱伸展到极限时，此时其内部的培养基的体积为最大。特别是当风箱压缩时，相对的培养基将从风箱流到第一腔室，而第一腔室内的生长基材放置的方式使得培养的细胞并不会受到剪应力的伤害。放置培养基的腔室可以位于含有生长基材的腔室的上方、下方、旁边，或是环绕的型式。通过压缩与伸展风箱，培养基可以一规律和/或不规律的时间间隔于腔室间流动，以提供培养的细胞最理想的氧气浓度，而最理想的氧气浓度为熟习此技艺者所传统，例如：一般熟习此领域的人士均了解过高的氧气浓度对于细胞有害，特别是高度分化的细胞。同样地，一般熟习此领域的人士也了解过低的氧气浓度对于细胞生长有害，特别是需要氧气以维持代谢与生长的动物细胞与哺乳动物细胞。

本发明更可以通过控制此第一腔室的关闭装置，搭配第二腔室的压缩与伸展，达到控制第一腔室的压力环境的能力，并直接施压在生长基材上，提高压力的作用。例如：紧缩此关闭装置，同时压缩第二腔室，可以增加第一腔室内的压力；紧缩此关闭装置，同时伸展第二腔室，可以减少第一腔室内的压力。通过增加或减少压力，可以作为培养特殊种类细胞或组织的用途，例如：造骨细胞(osteoblast)。

本发明的第二个实施例，其调节和/或调整体积的装置是一可充气的气球，利用充气或泄气可调节培养基留滞于第二腔室的体积。于是，当气球充气到极限时，此时其第二腔室的培养基的体积为最小，而当气球泄气到极限时，此时第二腔室的培养基的体积为最大。本发明的气球可由何材质组成，例如：橡胶、乳胶或任何可伸缩的塑料。另外，因为气球放置于含有培养基的腔室，因此当气球充气时，相对的培养基将从原本的腔室流到装置有生长基材的腔室，而不会使培养的细胞受到剪应力的伤害。

另外，当气球泄气时，相对的培养基将从装置有生长基材的腔室流回原本的腔室，使生长基材暴露于空气环境中，而生长于其上的细胞便可通过一空气-培养基的薄层界面而获得氧气。因此，不论本发明的细胞培养装置是使用何种体积调节和/或体积调整装置，均可使培养的细胞间歇性与周期性的浸在培养基中以获得养分，或是非直接的通过一层气体-液体的薄层界面而接触到空气环境。气球的充气与泄气可以一规律和/或不规律的时间间隔，并且可以依照特定细胞种类而调整，以提供最适当的氧气供应。

在木发明的第三实施例中，是利用活塞作为体积调节装置，通过移动活塞使培养基在腔室间移动，例如：将活塞推到极限，位于第二腔室的培养基的体积达到最大量，而当活塞抽回到极限，位于第二腔室的培养基的体积便达到最小量。

在另一实施例中，本发明的细胞培养装置是至少包含一个腔室，本装置可以选择性的包含两个腔室，即，第一腔室与第二腔室。第一腔室可位于第二腔室的上方、下方、旁边，或是环绕的方式，反之亦然。

第一腔室内可装有一生长基材，以帮助细胞附着与生长，至少一个薄膜，较佳是两个多孔的、具有渗透性的薄膜，以促进培养基的流动，并提供一空气环境，以提供氧气予生长基材。生长基材是可选择性的固定和/或附着和/或悬浮于第一腔室的内壁。第二腔室内可装有培养基，与一控制培养基于腔室间移动的装置，第二腔室内的移动装置可以为自动和/或手动操作，以一规律和/或不规律的任何时间间隔，以提供最理想的氧气与养分给培养的细胞。第一腔室与通过薄膜与第二腔室结合，在一较佳实施例中，生长基材是置放于两层多孔的薄膜间。

另外，本发明是提供一装有细胞生长基材的第一腔室，与装有培养基的第二腔室，其中第一与第二腔室均有第一端或远端(distal end)以及第二端或近端(proximal end)的区别。第二腔室是在远端装有培养基，而在近端为一空气环境。细胞培养腔室可用任何材质制造，例如：塑料。第一腔室与第二腔室可以贴合，也可选择性的合为一体。

本发明的第四个实施例是利用一密闭的浮囊和/或一容器组合作为调节体积或调整液体的装置，其可固定于一表面或选择性的多孔的薄膜上，使得生长基材位于其上方，利用浮裳内部的空气使得生长基材得以垂直上下移动，同时促使培养基的流动，例如：当浮囊充气时，原本沉浸于培养基中的生长基材会被往上推，使得生长基材可以非直接的通过一空气-液体的薄层界面而提供氧气；而当浮囊泄气时，生长基材会被往下推而沉浸于培养基中使细胞得到养分。浮囊组合装置可以为任何合适的材质组成。

本发明的可选择性的具备驱动装置，例如：空气压缩器，以自动或手动充气或泄气浮囊组合装置，以帮助提供氧气与养分给附着于生长基材上的细胞。

本发明的第六个实施例是提供一细胞培养装置，包括第一腔室，其具备生长基材放置与悬浮于其内部。第一腔室是含有第一端或近端以及第二端或远端，其中第一腔室的远端是有一面向第二腔室的开口，第二腔室亦含有第一端或近端以及第二端或远端，其中近端基本上为封闭的。当气体从第二腔室近端打入时，生长基材会沉浸于培养基中；当气体从第二腔室抽出，生长基材会非直接的通过一层气体-培养基的薄层界面而接触到空气环境。气体于第二腔室的抽出或灌入，可以通过任何驱动装置，例如：空气压缩器来驱动，而所述的驱动装置可以为自动或手动操作。

本发明是提供一种新颖的培养细胞的方法，可用于培养真核细胞和/或原核细胞，尤其是动物细胞与哺乳动物细胞，本发明方法的操作步骤是至少包括：

于本发明的细胞培养装置的第一腔室中加入培养基，以及使细胞悬浮于生长基材的上；

提供至少一个表面和/或一薄膜以支撑生长基材，其中表面和/或薄膜较佳是多孔；

于第一腔室的第一端至少设置一个开口，用来加入和/或移除培养基与细胞，至少一个关闭装置用以关闭开口。所述的关闭装置是可选择性的提供一个空气滤网，用以交换空气及减少污染物进入腔室。

本装置同样提供第二腔室以接收培养基，一体积调节装置，使得培养基可于腔室之间移动，以及一种收集培养基中的细胞产物的方法。

本发明的细胞培养装置尚可进一步包含至少一层薄膜或一区隔装置，薄膜或区隔装置是可具有渗透性与多孔性，并且可用来分隔第一与第二腔室。

此外，在一较佳实施例中生长基材的两侧是各有一层薄膜或一区隔装置，以作为限制含有细胞的颗粒的隔间。第二腔室可以装有培养基，并可位于第一腔室的上方、下方、和/或旁边，和/或是环绕的方式，因此可以让培养基温和的于第一腔室与第二腔室间流动。薄膜或区隔装置的材质可以为，例如：半渗透性纤维、半渗透性高分子聚合支持物、金属或塑料。此外，薄膜或区隔装置是可支持或支撑和/或限制生长基材于固定位置。

本发明亦可进一步包含接种和/或平盘接种细胞至生长基材上的步骤。

另外，本发明亦提供一新颖的方法可以使生长基材或培养基周期性和/或间歇性的于细胞培养装置内移动，让生长基材上的细胞可以沉浸于培养基中以获得养分，或使生长基材上的细胞可以浮出培养基，非直接的方式让细胞通过一层气体-培养基的薄层界面，而接触到空气环境，以获得氧气，但是却不会伤害和/或杀死细胞。本发明亦提供一个新颖的方法可以通过控制第一腔室的关闭装置，搭配第二腔室的压缩与伸展，直接施压于生长基材上，达到仿真组织生长环境的能力。例如：紧缩此关闭装置，同时压缩第二腔室，可以增加第一腔室内的压力；紧缩此关闭装置，同时伸展第二腔室，可以减少第一腔室内的压力。通过增加或减少压力，可以作为培养特殊种类细胞或组织的用途，例如：造骨细胞(osteoblast)。

在本发明又一实施例中，于所述实施例的方法是可更进一步包含收集分泌于培养基中的细胞产物。分泌的细胞产物可以包括，但不限于，蛋白质、DNA、RNA、质体、抗体与病毒。收集培养基的步骤除了所述步骤外，尚另外包含：

利用排出和/或任何一般的方法，从本细胞培养装置的第一腔室的开口收集培养基，以及收集培养基中包含的细胞分泌的蛋白质。

任何传统的收集培养基的方法均可应用于本发明，例如：将培养腔室的培养基排出和/或抽出。本发明的方法亦提供：在移除用过的培养基后，重新注入适当量的新鲜培养基到本装置的方法，以提供细胞养分。生长基材将再次周期性与间歇性的沉浸于培养基中，而随着所述的第二腔室的体积由最小到最大，细胞将非直接的通过一层气体-培养基的薄层界面，而接触到空气环境。如此不断的重复上述步骤，直到细胞无法再产生所需的细胞产物为止。因本发明的细胞装置是一简单的装置，因此价格并不昂贵，并为可抛弃式设施，以避免衍生出装置灭菌方面的问题。

下面结合附图进一步阐述本发明实施例，

实施例1

参阅图1-图2所示，本发明装置的实施例1包括，第一腔室110含有生长基材120，生长基材120可由任何材质制成，例如：陶瓷、生物可分解基质、高分子聚合物、编织基材(woven substrate)、非编织基材(non-wovensubstrate)、聚酰胺、聚酯、聚氨酯、碳氟聚合物、聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯醇、三甲胺(tri-methyl amine)、玻璃、硅与二乙氨乙基(DEAE)。生长基材120可选择性的具有多孔，使用本发明的生长基材120是可供细胞附着，而且使得附着其上的细胞可获得氧气，却不会直接暴露于空气环境。直接暴露于空气中对于细胞，尤其是动物细胞与哺乳动物细胞，可能造成伤害及死亡并且失去培养的存活率。

生长基材120可为任何型式、形状或大小，包括但不限于，碟状、薄片状、块状、盘状、片状、带状、粒状、微载体、半透性颗粒、微颗粒、半透性膜或半透性中空纤维。

第一腔室110是与第二腔室130连结，并且第一腔室110与第二腔室130可以贴合，或与第二腔室130合为一体，其中第一腔室110和/或第二腔室130可以包含培养基，而且两腔室均至少有一边可互通的开口，允许液体与气体可在腔室间流动与移动。于实施例1中，第二腔室130装设一个可压缩的元件，是可为一可伸缩的风箱形式。第二腔室130可以包含生长液或培养基。

图1所示是第二腔室130的可压缩元件处于非压缩的状态，如此培养基是充满于第二腔室，因此，生长基材120将非直接的通过一层气体-培养基的薄层界面而接触到空气环境以获得氧气。

图2所示是第二腔室130的可压缩元件处于压缩的状态，当二腔室130处于压缩的状态，培养基是移动到第一腔室使生长基材120沉浸于培养基中。然而，当第二腔室130处于非压缩的状态时，培养基是滞留于第二腔室130，而生长基材120便不会沉浸于培养基中。第一腔室110是可设置至少一个开口140，以装入或排出细胞与培养基至第一腔室110，开口140可装设一个关闭装置150，关闭装置150包含至少一个空气滤网160，用来过滤进出细胞培养装置的空气，以减少污染的发生。

实施例2

参阅图3-图4所示，本发明装置的实施例2包括，于第一腔室210包含生长基材220，生长基材220可为松散集结的基质构成，其材料包括但不限于：陶瓷、生物可分解基质、高分子聚合物、编织基材、非编织基材、聚酰胺、聚酯、聚氨酯、碳氟聚合物、聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯醇、三甲胺、玻璃、硅与二乙氨乙基。

在实施例2中的生长基材220可选择性的为多孔，而且使得附着于生长基材220上的细胞可获得氧气，却不会直接暴露于空气环境。直接暴露于空气中对于细胞，尤其是动物细胞和/或哺乳动物细胞，可能造成伤害及死亡并且失去培养的存活率。

生长基材220可为任何型式、形状或大小的任何颗粒，包括但不限于，碟状、薄片状、块状、盘状、片状、带状、粒状、微载体、半透性颗粒、微颗粒、半透性膜或半透性中空纤维。

第一腔室210是与第二腔室230结合，其中第一和/或第二腔室可以包括生长液和/或培养基，并且于两个腔室的交界面均具有开口，以帮助液体与气体的交换与移动。于实施例2中，第二腔室230装设一个可压缩的元件280，是可为一气球280用以作为体积调节装置。第二腔室230可以选择性的包含培养基。

图3是第二腔室230的气球280处于泄气的状态，图4是第二腔室230的气球280处于充气的状态。气球280的组成材质可为任何材质，例如：橡胶、乳胶或任何可伸缩的塑料。

如图4所示，当气球280处于充气状态时，于第二腔室230的培养基是最少量，大多数的培养基均被迫流至第一腔室210，使得生长基材220可以沉浸于培养基中。

如图3所示，当气球280处于泄气状态时，于第二腔室230的培养基是最大量，因此，于第一腔室210的生长基材220将非直接的通过一层气体-培养基的薄层界面，而接触到空气环境，以获得氧气。第一腔室210可以设置至少一个开口240以装入、平盘接种、接种或排出细胞至生长基材上，使培养基可进出第一腔室210，以及提供第一腔室210与外部环境间的气体交换。开口240可装设一个关闭装置250，关闭装置250包含至少一个空气滤网260，用来过滤进出细胞培养装置的空气。

实施例3

参阅图5-图6所示，本发明装置的实施例3包括，于第一腔室310包含生长基材320，生长基材320可为松散集结的基质构成，其材料包括但不限于：陶瓷、生物可分解基质、高分子聚合物、编织基材、非编织基材、聚酰胺、聚酯、聚氨酯、碳氟聚合物、聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯醇、三甲胺、玻璃、硅与二乙氨乙基。在实施例3中的生长基材320可选择性的为多孔或者可以由颗粒组成的松散集结的基质，多孔的生长基材320，可使附着于其上的细胞获得氧气，却不至于直接暴露于空气环境。因为直接暴露于空气中对于细胞，尤其是动物细胞和/或哺乳动物细胞，可能造成伤害及死亡并且失去培养的存活率。

生长基材320可为任何型式、形状或大小，包括但不限于，碟状、薄片状、块状、盘状、片状、带状、粒状、微载体、半透性颗粒、微颗粒、半透性膜或半透性中空纤维。

第一腔室310是与第二腔室330结合，其中第一和/或第二腔室可以包含培养基，并且于两个腔室的交界面均具有开口。于实施例3中，第二腔室330装设一活塞380作为体积调节装置。活塞380可通过上推或下拉，以控制培养基在第一腔室310与第二腔室330之间的流动。

图5所示是活塞380处于下拉的情形，其中第二腔室330的培养基体积是最大量。

图6所示是活塞380处于上推的情形，其中第二腔室330的培养基体积是最小量。活塞的材质是可为任何材质例如：橡胶、塑料、金属、合成材料或聚丙烯以及可以任何传统方法操作。

当活塞380处于下拉状态时，如图5所示，培养基是留滞于第二腔室330，于第一腔室310的生长基材320可获得氧气供应，当活塞380处于上推状态时，如图6所示，大多数的培养基被推往第一腔室310，使得生长基材320可以沉浸于培养基中。第一腔室310可以选择性设置至少一个开口340以装入或排出细胞与使培养基可以进出第一腔室310，以及提供第一腔室310与外部环境的气体交换。开口340可装设一个关闭装置350，关闭装置350可选择性装设至少一个空气滤网360，用来过滤进出细胞培养装置的空气。

实施例4

参阅图7所示，本发明装置的实施例3包括，于第一腔室410是至少包含半中空纤维的生长基材420，半中空纤维的生长基材420可由任何材质构成，例如：编织基材、非编织基材、生物可分解基质、聚酰胺、聚酯、聚氨酯、碳氟聚合物、聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯醇、三甲胺、玻璃、硅与二乙氨乙基。半中空纤维的生长基材420可使附着于其上的细胞获得氧气，却不至于直接暴露于空气环境。因为直接暴露于空气中对于细胞，尤其是动物细胞和/或哺乳动物细胞，可能造成伤害及死亡并且失去培养的存活率。

第一腔室410是与第二腔室430贴合或合为一体，其中第一和/或第二腔室可以包含培养基，并且于两个腔室的交界面均具有开口。于本较佳实施例4中，第二腔室430可为一风箱的型式，通过压缩或解压缩来调节位于第二腔室430内部的培养基的体积，如图1与图2所示。

当第二腔室430处于压缩状态(图未示)，培养基是流到第一腔室410中，使半中空纤维的生长基材420沉浸于培养基中，以使细胞获得养分。当第二腔室430处于未压缩状态，培养基是回到和/或留滞第二腔室430中，以提供氧气给生长于半中空纤维生长基材420的上或的内的细胞。第一腔室410可以选择性设置至少一个开口441以装入细胞至半中空纤维生长基材420，并且可装设一个关闭装置451得以重复打开及关上开口441。第一腔室410也可以设置第二个开口440以装入或排出培养基，以及提供与外部环境的气体交换。开口440也可装设一个关闭装置450，关闭装置450是装设至少一个空气滤网460用来过滤进出细胞培养装置的空气。

实施例5

参阅图8所示，本发明装置的实施例5包括，于第一腔室510是至少包含半渗透囊的生长基材520，半渗透囊的生长基材520可由任何材质构成，例如：编织基材、非编织基材、聚酰胺、聚酯、聚氨酯、碳氟聚合物、聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯醇。半渗透囊的生长基材520可使附着于其上的细胞通过一空气-培养基的薄层界面，获得氧气却不至于直接暴露于空气环境。半渗透囊或容器的生长基材520是可选择性的使气体可通过但细胞不可通过。

第一腔室510是与第二腔室530结合，其中第一和/或第二腔室可以包含培养基，并且于两个腔室的交界面均具有开口可互通。于本实施例5中，第二腔室530可为一可压缩的腔室，例如：风箱，通过压缩或伸展使培养基于第一腔室510与第二腔室530之间流动。

当第二腔室530处于压缩状态，培养基是流到或被迫进入第一腔室510中，使半渗透囊的生长基材520沉浸于培养基中，以使细胞获得养分。当第二腔室530处于未压缩状态，培养基是回到和/或留滞第二腔室530中，使第一腔室510中的半渗透囊的生长基材520得到氧气。第一腔室510可以进一步设置至少一个开口541，以装入细胞至半渗透囊的生长基材520，并且可装设一个合适的关闭装置551，得以重复打开及关上开口541。第一腔室510也可进一步设置第二个开口540以装入或排出培养基，以及提供与外部环境的气体交换。第二个开口540也可装设第二个关闭装置550，关闭装置550是选择性的装设至少一个合适的空气滤网560用来过滤进出细胞培养装置的空气。

实施例6

参阅图9-图10所示，本发明装置的实施例6包括，于第一腔室610包含生长基材620，通过控制一浮囊组合628与输气管627，使得生长基材620浮于或沉浸于培养基中。如图9所示，当浮囊组合628大量充气的后，生长基材620便会间接接触到培养腔室610的空气环境，细胞可通过一空气-培养基的界面得到氧气。如图10所示，当浮囊组合628大量泄气的后，生长基材620便会沉浸在培养基中，使其上的细胞获得养分。

培养腔室610可以选择性的设置至少一个开口640以装入或排出培养基，以及提供与外部环境的气体交换。开口640可装设一关闭装置650，得以重复打开及关上开口640。关闭装置650可进一步装设至少一个空气滤网660，用来过滤进出细胞培养装置的空气。

实施例7

参阅图11-图12所示，本发明装置的实施例7包括，于第一腔室710包含培养基，第二腔室730是与第一腔室710结合，并且置于第一腔室710的上方。第二腔室730是通过缆线729与生长基材720相连，生长基材720可为任何材料组成例如：陶瓷、生物可分解基质、高分子聚合物、编织基材、非编织基材、聚酰胺、聚酯、聚氨酯、碳氟聚合物、聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯醇、三甲胺、玻璃、硅与二乙氨乙基。在实施例7中的生长基材720可选择性的为多孔，多孔的生长基材，可使附着于其上的细胞获得氧气，却不会直接暴露于空气环境中，因为气流或气泡所产生的剪应力，直接暴露于空气中对于细胞，尤其是动物细胞和/或哺乳动物细胞，可能造成伤害及死亡并且失去培养的存活率。

生长基材720可为任何型式、形状或大小，包括但不限于，碟状、薄片状、块状、盘状、片状、带状、粒状、微载体、半透性颗粒、微颗粒、半透性膜或半透性中空纤维。

第一腔室710是与第二腔室730结合，其中第一和/或第二腔室可以包含培养基，并且于两个腔室可通过交界面直接相通。于实施例7中，第二腔室730可为一可压缩的腔室，例如：可压缩或伸展的风箱。图11是第二腔室730处于伸展的状态，图12是第二腔室730处于压缩的状态。

如图12所示，当第二腔室730压缩时，生长基材720是降低，并沉浸于第一腔室710的培养基中，当第二腔室730未压缩时，于第一腔室710的生长基材720可浮出培养基，并且非直接的通过一层气体-培养基的薄层界面而接触到第二腔室730的空气环境，以获得氧气。第二腔室730可以进一步设置至少一个开口740。开口740可装设一个关闭装置750，关闭装置750可进一步装设至少一个空气滤网760，用来过滤进出细胞培养装置的空气。

实施例8

参阅图13所示，本发明装置的实施例8包括，两个培养腔室810与810’，其中腔室810是装设于腔室810’的内，并且腔室810’是环绕腔室810。腔室810是包含一生长基材以接受细胞，并且于其底部有一开口，使得培养基可以通过此开口自由地在腔室810与810’之间流动。腔室810’的底面可选择性的设计一上扬的表面或一弯曲的轮廓线(contour)821’(例如圆锥体)，使得水流呈流线型，并且可避免堆积未能附着于生长基材820的细胞。

腔室810可以进一步设置至少一个开口840，以装入或排出细胞和/或使培养基可以进出培养腔室810。开口840可装设一个关闭装置850，以重复打开及关上开口840。关闭装置850可进一步装设至少一个空气滤网860，用来过滤进出细胞培养装置的空气。腔室810’可以进一步设置至少一个开口840’，并可装设一个合适的关闭装置850’。关闭装置850’可进一步装设至少一个空气滤网860’，用来过滤进出细胞培养装置的空气。

腔室810的培养基含量的控制是通过将空气由空气滤网860’打入腔室810’，而改变腔室810’的气体空间，此压力将驱动培养基由腔室810’流入腔室810。当气体腔室810’变小时，生长基材820是沉浸于培养基中；当气体腔室810’变大时，气体腔室810’的真空，使培养基流回腔室810’，因而使得腔室810的生长基材820可以非直接的通过一层气体-培养基的薄层界面而接触到空气环境。

所述的生长基材820可以单独置于腔室810、单独置于腔室810’或同时置于腔室810与腔室810’。

另外，参阅图14所示，本发明装置的生长基材120是沉浸于培养基中，并且可得到相当多的养分，当选择性的多孔的生长基材沉浸于培养基时，会造成一种现象称为静态搅拌，是温和的搅拌培养基与养分，并且可重新均匀地分配掉落的细胞回到生长基材120中。

参阅图15所示，是当培养基高度低于本发明的生长基材120，生长基材120可得到相当多的氧气，图15是提供当从装有生长基材120的腔室移走培养基时，将会有一薄层培养基滞留于多孔生长基材之上，此薄层可以保护于生长基材120之上和/或之内的细胞，使其不直接暴露于空气环境中因气流所产生的剪应力。

实施例9

参阅图16-图17所示，本发明装置的实施例9是将图1与图2的实施例1与一驱动装置1012结合，例如：一油压缸(oil pressure cylinder)或一气压缸(air pressure cylinder)作结合，装设于可压缩的第二腔室1030的底部。如图17所示，是压力缸1012升起时；或如图16所示，是压力缸1012降下时，第二腔室1030是周期性与间歇性的压缩与伸展。第二腔室1030的压缩与伸展，使生长基材1020周期性与间歇性在腔室1010与腔室1030之间移动，因而使生长基材1020沉浸于培养基中，以获取养分，或是浮出培养基让生长基材1020上的细胞得到氧气。

实施例10

参阅图18-图19所示，本发明的细胞培养装置的实施例10是将图1与图2的实施例1与一体积调节装置1117结合，例如：一螺旋起重器作结合，装设于具有一压缩元件的第二腔室1130的底部。如图19所示，是螺旋起重器1117升起时；或如图18所示，是压力缸1117落下时，第二腔室1130是周期性与间歇性的压缩与伸展。第二腔室1130的压缩与伸展使生长基材1120周期性与间歇性沉浸于培养基中，以及非直接的通过一层气体-培养基的薄层界面而接触到空气环境以获取氧气。

实施例11

参阅图20-图21所示，本发明装置的实施例11是将图1与图2的实施例1结合体积调节装置1219及1220，例如：驱动轴杆(shaft driver)与驱动装置1218，例如：马达或步进马达(step motor)，装设于可压缩的第二腔室1230的底部。如图21所示，是驱动轴杆升起时；或如图20所示，是驱动轴杆落下时，第二腔室1230是周期性与间歇性的压缩与伸展。第二腔室1230的压缩与伸展，使第一腔室1210的生长基材1220可周期性与间歇性沉浸或浮出于培养基中。

实施例12

参阅图22-图23所示，本发明装置的实施例12是图3和图4的实施例2与一气体压缩驱动装置结合。汽门孔(valve port)1322是处于开启状态，当汽门孔1324开启，而汽门孔1323关闭时，空气便由空气泵体1325打入气球1380使其充气。因此，如图23所示，于第二腔室1330的体积会减少，培养基将由第二腔室1330被推挤至第一腔室1310，使生长基材1320沉浸于培养基中。螺线汽门孔1323与1324的转换可通过如下控制，例如：一定时器1326来控制，定时器1326可以改变螺线汽门孔1323与1324的开启/关闭状态。当汽门孔1324关闭，而汽门孔1323开启时，气球内的气体会因为培养基重量所造成的压力而被挤出，培养基因而由第一腔室1310流到第二腔室1330，使得生长基材1320暴露于空气中。转换气球1380的充气与泄气状态，使得生长基材1320周期性与间歇性沉浸与浮出于培养基中，并且非直接的通过一层气体-培养基的薄层界面而接触到空气环境。

实施例13

参阅图24所示，本发明装置的实施例13是图9-图10的实施例6与一气体压缩驱动装置结合。通过调控气体在浮囊1428与输气管1427的含量，可以使生长基材1420沉浸与浮出于培养基中。浮囊1428是连结在生长基材1420的底部，利用连接到至少一个螺管汽门孔的驱动装置，例如：空气泵体1430，可以让浮囊1428充气或泄气。操作时，汽门孔1433与1436总是开启，而当汽门孔1432与1437开启时，汽门孔1434与1435则关闭，空气便由空气泵体1430打入浮囊1428并使浮囊1428充气，生长基材1420于是被往上推，并且使细胞间接的通过一层气体-培养基的薄层界面，而接触到第一腔室1410的空气环境。螺管汽门孔的开关可以利用如下控制，例如：一定时器1431来控制。定时器1431可以改变螺线汽门孔的开启/关闭状态，当汽门孔1432与1437关闭，而汽门孔1434与1435开启时，浮囊1428内的气体会被空气泵体1430排空，使得生长基材1420沉浸于培养基中。

实施例14

参阅图25所示，本发明装置的实施例14是将图13的实施例8与一气体压缩驱动装置结合。汽门孔1533与1536是开启，而当螺管汽门孔1534与1535开启时，其它汽门孔1532与1537为关闭，气体压缩器1530会将空气推入第一腔室1510的内面，因此，第一腔室内培养基的体积因为气压而减少，因为腔室1510与腔室1510’的下边是可以相通，于是当腔室1510中培养基体积减少时，腔室1510’的培养基体积便会上升，反的亦然。其次，汽门孔1532与1537为开启，并且汽门孔1534与1535关闭时，汽门孔1533与1536是仍然为开启不会改变，之后，空气会被推入外部培养腔室1510’，以致于腔室1510’的培养基体积减少，而同时腔室1510的培养基体积增加。通过重复此操作，于腔室1510与腔室1510’的培养基是周期性与间接性的于两腔室间移动，使生长基材1520沉浸于培养基中以获得养分，或是浮出培养基通过一层气体-培养基的薄层界面而获取氧气。

实施例15

参阅图25所示，本发明装置的实施例15是图1和图2的实施例1与一培养基交换系统结合。培养基交换系统可以两种不同模式操作：培养基交换模式与生长模式。在生长模式中，阀门1643与1644是关闭，借以关上结合器1645与1646，同样地，阀门与空气入口1647是开启，以允许如图1和图2的实施例1可经由空气滤网160(图未是)以进行气体交换，此状态下，培养基无法进出细胞培养装置。一旦培养基用罄和/或细胞生产的蛋白质已达一足够量，则会进行培养基的收集，以得到蛋白质，并且更换新鲜的培养基。

于培养基交换模式中，阀门与空气入口1647是关闭，此外，阀门1643是关闭。利用第一腔室1610的剩余气体压力加上第二腔室1630的压缩(例如：风箱)，阀门1644会开启，让用过的培养基流出，经由结合器1646到达储存槽1642。旧培养基流出之后，阀门1644会关闭，接着阀门1643会开启，位于储存槽1641的新鲜培养基将被吸入，经由结合器1645到达第二腔室1630。第二腔室1630的伸展吸引了新鲜培养基由储存槽1641经过结合器1645，而到达细胞培养装置。一旦培养基达到足够的量，阀门1643会关闭。为再度回到正常的生长模式，阀门与空气入口1647是开启状态，所有阀门的控制可以通过一电子装置，例如：计算机1648，操作方式可为自动或手动操作。

实施例16

参阅图27-图28所示，本发明装置的实施例16是图1和图2的实施例1与一培养基交换系统结合。其中图27是手动操作，图28是自动操作。

本细胞培养装置可以两种不同模式操作：培养基交换模式与生长模式。

在生长模式中，泵体1743与1744是处于关闭状态，同样地，空气入口1760是开启，以允许图1和图2的实施例1可经由空气滤网160(图未是)以进行气体交换，此状态下，新鲜的培养基无法进出细胞培养装置的第一和/或第二腔室，一旦培养基用罄和/或细胞生产的蛋白质已达一足够量，则会进行培养基的收集，以得到蛋白质，并且更换新鲜的培养基。

于培养基交换模式中，阀门与空气入口1760是关闭，启动泵体1744将第二腔室1730中用过的培养基推出，经由结合器1750，然后运送至储存槽1742。旧培养基流出之后，泵体1744即关闭。为再度回到正常的生长模式，空气入口1760是开启状态，所有泵体的控制可以通过一计算机和/或电子装置1748来驱动，操作方式可为自动或手动操作。

实施例17

参阅图29-图30所示，本发明装置的实施例17是如图1和图2的细胞培养装置与一培养基交换系统结合。图29是手动操作，图30是自动操作。

本培养基交换装置可以两种不同模式操作：培养基交换模式与生长模式。

在生长模式中，泵体1843与1844是处于关闭状态，同样地，空气入口1860是开启，以允许如图1和图2的细胞培养装置可经由空气滤网160(图未是)以进行气体交换，此状态下，新鲜的培养基无法进出细胞培养装置的第一和/或第二腔室，一旦培养基用罄和/或细胞生产的蛋白质已达一足够量，则会进行培养基的收集以得到蛋白质，并且更换新鲜的培养基。

于培养基交换模式中，空气入口1860是关闭，泵体1844为启动状态，以将用过的培养基推出细胞培养装置，并且运送至储存槽1842。旧培养基流出之后，泵体1844即关闭。泵体1843是启动，以将储存槽1841中的新鲜培养基补充到细胞培养装置。当达到足够的新鲜培养基时，便关闭泵体1843。为再度回到正常的生长模式，空气入口1860是开启状态，所有泵体的控制可以通过一计算机和/或电子装置1848来驱动，操作方式可为自动或手动操作。

实施例18

参阅图31-图32所示，本发明装置的实施例18包括，至少一个细胞生长腔室，其含有至少一个腔室内壁1992，其中每个腔室均有第一端、第二端、一内表面及一外表面用来定义一开口。本发明的细胞培养装置可具有第二腔室，其是可位于第一腔室的上方、下方、和/或旁边，和/或是内/外环绕的方式。至少有一个生长腔室是以轮子或支架1990，使本实施例的细胞培养装置可被一平面支撑，例如：地板、桌面或实验室操作台面。每个生长腔室有至少一个生长基材1991，以生长至少一颗细胞以及允许细胞贴附和/或附着。

至少一个生长腔室是包含有培养基与气体环境，使培养基置于培养腔室的第二端，而空气环境位于和/或包含于培养腔室的第一端。本发明的实施例也同样包含一驱动装置1995，用来上下或左右移动生长基材往返于生长腔室的第一端与第二端间，使得生长基材可周期性与间歇性沉浸、和/或浮出培养基，以提供细胞适当的养分与氧气。驱动装置1995可选择性包含第一连结装置1994，用来连结驱动装置1995与第二连结装置1993，驱动装置1995是与生长基材1991相连，其作用在于使生长基材反复地、周期性与间歇性地由生长腔室的第一端移至第二端，即，移动生长腔室内的生长基材，使其可以反复的沉浸及浮出培养基，以提供合适的养分与氧气。本发明的驱动装置可为一升降器，升降器系统可以帮助生长基材上下或左右移动。

本实施例18中的生长基材1991可选择性的具有多孔，多孔的生长基材可使附着于其上的细胞获得氧气，却不会直接暴露于空气环境中因气流或气泡所产生的剪应力。因为直接暴露于空气中对于细胞，尤其是动物细胞和/或哺乳动物细胞，可能造成伤害及死亡，并且失去培养的存活率。

生长基材1991可为任何型式、形状或大小，包括但不限于，碟状、薄片状、块状、盘状、片状、带状、粒状、微载体、半透性颗粒、微颗粒、半透性膜或半透性中空纤维，还可选择性的利用一多孔的膜套容纳生长基材，例如：多孔颗粒或微载体，使培养基可以流动。另外，也可利用一固定的支撑结构，以支撑生长基材，使其可移入或移出培养基。

实施例19

参阅图33-图34所示，本发明装置的实施例19包括，第一生长腔室含有至少一个腔室内壁2092，其中每个腔室均有第一端、第二端、一内表面及一外表面用来定义一开口。本发明的细胞培养装置可具有第二腔室，其是可位于第一腔室的上方、下方、和/或旁边，和/或是内/外环绕的方式。至少有一个生长腔室是以轮子或支架2090，使本实施例19的细胞培养装置可被一平面支撑，例如：地板、桌面或实验室操作台面。每个生长腔室有至少一个生长基材2091，以生长至少一颗细胞，以及允许细胞贴附和/或附着。

至少一个生长腔室是包含有培养基与气体环境，使培养基置于培养腔室的第二端，而空气环境配置于和/或包含于培养腔室的第一端。本发明的实施例19也同样包含一驱动装置2095，用来上下或左右移动生长基材往返于生长腔室的第一端与第二端间，使得生长基材可反复地、周期性与间歇性地沉浸和/或浮出培养基，以提供细胞适当的养分与氧气。驱动装置2095可选择性包含第一连结装置2094，用来连结驱动装置2095与第二连结装置2093，驱动装置2095是与生长基材2091相连，其作用在于使生长基材反复地、周期性与间歇性地由生长腔室的第一端移至第二端，即移动生长腔室内的生长基材，使其可以反复的沉浸及浮出培养基，以提供合适的养分与氧气。本发明的驱动装置可为一螺旋起重器，螺旋起重器系统可以帮助生长基材上下或左右移动。

本实施例19中的生长基材2091可选择性的为多孔，多孔的生长基材可使附着于其上的细胞获得氧气，却不会直接暴露于空气环境中因气流或气泡所产生的剪应力。因为直接暴露于空气中，对于细胞，尤其是动物细胞和/或哺乳动物细胞，可能造成伤害及死亡并且失去培养的存活率。

生长基材2091可为任何型式、形状或大小，包括但不限于，碟状、薄片状、块状、盘状、片状、带状、粒状、微载体、半透性颗粒、微颗粒、半透性膜或半透性中空纤维，还可选择性的利用一多孔的膜套容纳生长基材，例如：多孔颗粒或微载体，使培养基可以流动。另外，也可利用一固定的支撑结构，以支撑生长基材，使其可移入或移出培养基。

实施例20

参阅图35所示，本发明装置的实施例20包括，一腔室2110的内装填生长基材2120供细胞贴附生长，另有一储存槽2130承装培养基。利用一磅秤2180感测腔室2110的重量，当腔室2110的重量低于某设定值时，可通过控制器2181送出讯号，启动气压泵体2125及关闭阀门2144，并且打开阀门2143及关闭气压泵体2126，如此，由气压泵体2125推出的气体将经过空气滤网2160，使得培养基由储存槽2130被推至腔室2110，此时生长基材2120浸泡于培养基的中。当磅秤2180感测腔室2110的重量超过某设定值时，可通过控制器2181送出讯号，启动气压泵体2126及关闭阀门2143，并且打开阀门2144及关闭气压泵体2125，如此，培养基由腔室2110流至储存槽2130，此时生长基材2120将通过一空气-培养基的薄层界面间接接触到空气环境。

为了提升反应器的搅拌效率，利用一转轴与承台组合2170，以旋转搅拌来增加细胞接种，以及培养基混合的效果。

实施例21

参阅图36所示，本发明装置的实施例21，至少包含一第一腔室2210与一可压缩的第二腔室2230，其中第一腔室2210是位于第二腔室2230的上方，且第一腔室2210内部含有生长基材2220供细胞生长，第二腔室2230则承装培养基。为了使细胞培养装置内部液体流场一致化，亦即造成生长基材2220内部液体流动由上向下，可以有利于细胞截留于载体之内。当一升降平台2250向上移动时，位于第二腔室2230内部的活动瓣膜2240向上移动，而封闭孔洞，因此培养基则经由中间中空圆柱2270向上流动而溢出，再向下流动覆盖生长基材2220。而当升降平台2250向下移动时，活动瓣膜2240则向下移动，而开启孔洞，因此第一腔室2210内的培养基则经由外环孔洞向下流入第二腔室2230，使生长基材2220通过一空气-培养基的薄层界面间接接触到空气环境。

实施例22

参阅图37所示，本发明装置的实施例22，当欲进行培养基更换动作时，气体阀门2345关闭，以防止腔室内气压外漏，同时，关闭阀门2343以避免新鲜培养基被抽入，打开阀门2344并压缩下方，可压缩装置2330因而增加腔室内的气压，以便将腔室内培养基挤出，经过连结器2350而排入第一储存槽2341。当此一动作完成后，气体阀门2345仍为关闭状态，以防止腔室内气压漏失，同时，关闭阀门2344，以避免空气从连结器2350抽入，并且开启阀门2343，利用可压缩装置2330下降所产生的负压，将新鲜培养基由第二储存槽2342，通过连结器2351吸入。此培养基更换动作可由计算机做过程控制，以调控阀门开合状态，以及可压缩装置2330的压缩次数，做更换体积的调控。

当平常培养时，阀门2343与2344为关闭状态，因此，连接于腔室两侧的连结器2351与2350为封闭阶段，而气体阀门2345为开启状态，以进行气体交换。

实施例23

参阅图38所示，本发明装置的实施例23是实施例22的延伸，如图38所示，右侧为培养基换液装置，是至少包括上方培养基储存腔室2410与下方可压缩腔室2430，左侧为高效能细胞培养装置，至少包括上方细胞培养腔室2411与下方可压缩腔室2431，利用一导管2460连结此二个装置。此系统的运作是通过可压缩腔室2430的压缩与伸展动作，造成其内压力的改变，于是将培养基由培养基储存腔室2410内通过连结器2450，和经过导管2460与连结器2451挤压至细胞培养装置的细胞培养腔室2411，此时不论其下方可压缩腔室2431压缩与否，均能使生长基材2421沉浸于培养基中，而当可压缩腔室2430伸展时，培养基将由细胞培养装置中循同样的通道吸回。此装置是通过提升总培养基的体积，以避免频繁更换培养基的困扰。

本发明是通过较佳实施例来说明，需了解的是：本发明不应受限于所提供的实施态样，而应包含各种本发明的实施态样(如同熟习本技术领域者所传统)，因此，本发明的保护范围应作最广义的解释，以包括所有修改与相似的组合。

本发明是利用一非限制性的实施例来进一步说明，本实施例是用以描述本发明的内容，而不宜用来缩限本发明及许多未脱离本发明精神与范畴的明显的、可能的差异。

实施例24

本发明的细胞培养以及于细胞生长时收集细胞分泌的蛋白质的应用实施例。

取得一株经过基因工程改造、含有一稳定插入并表现的DNA以编码所欲表现的外来蛋白质的中国苍鼠卵巢细胞株(CHO cell line)，将此细胞株接种于本发明的细胞培养装置的半透性微载体生长基材上。本发明的细胞培养装置含有两个腔室：第一腔室与第二腔室，其中第一腔室位于第二腔室的上方，并且含有本发明的生长基材，而第二腔室是含有一可压缩的风箱并且含有培养基。

一旦加入培养基与细胞后，本发明的细胞培养装置即可装于驱动装置上，以周期性而间歇性的压缩与伸展风箱，当通过驱动装置自动压缩风箱时，培养基会由第二腔室被推向第一腔室，使微载体生长基材沉浸于培养基中，而当通过驱动装置伸展风箱时，培养基会由第一腔室流向第二腔室，使微载体生长基材及其上的细胞借着一层维持于生长基材表面的一空气-培养基的界面，而间接暴露于第一腔室的空气环境，此空气环境是含有理想的氧气浓度。

另外，当培养基回到第二腔室后，于微载体基材表面将会维持一小量培养基，以保护细胞，避免因为接触空气而受到伤害。风箱的压缩与伸展可使培养基周期性与间歇性的移动而接触生长基材及其上的细胞，以便提供最多的养分给细胞。再者，细胞周期性与间歇性的于腔室间移动，可帮助任何掉落的细胞重新分配与重新附着，进而可以增加整体培养的生存率与生产率

利用所述的细胞培养装置，培养一株含有稳定插入表现，并可编码所欲的外来蛋白质的DNA的中国苍鼠卵巢细胞株(CHO cell line)，借着周期性与间歇性使培养基在腔室间移动，以及氧气与养分的交互提供，不使细胞直接暴露于空气环境，以达到理想的细胞生长情形与外来蛋白质生产与分泌，所欲的外来蛋白质将被分泌至培养基，且其浓度将随着时间累积。

一旦细胞生长达到理想状态，例如：培养基中的所有养分用完，便须移走细胞培养装置中旧的培养基，而补充新鲜的培养基，旧的培养基中含有所欲的重组蛋白质，可根据一般传统的方法将纯化出来。

以上的叙述是提出本发明的较佳实施例，本叙述的实施例不得用来限制本发明。

Claims (81)

1、一种细胞培养装置，其特征是：它是至少包括一个细胞培养腔室。

2、根据权利要求1所述的细胞培养装置，其特征是：它进一步包括有：

第一腔室具有第一端、第二端、一内表面及一外表面，该内表面具有至少一个结构，以接受至少一个细胞以及允许该细胞贴附和/或附着；

第二腔室是与所述第一腔室的第二端交接或相连，该第二腔室具有第一端、第二端、一内表面及一外表面，至少一个薄膜或一联络装置或一区隔装置放置于该第一腔室的第二端与第二腔室的第一端之间。

3、根据权利要求2所述的细胞培养装置，其特征是：所述第二腔室是具有第一端与第二端的可压缩的元件，并且可选择性地于可压缩元件的第一端的外表面提供第一盖，及于可压缩元件的第二端的外表面提供第二盖，该第一盖与第二盖相结合，使得第二腔室中的可压缩元件是压缩于第一盖与第二盖之间。

4、根据权利要求2所述的细胞培养装置，其特征是：它进一步还包括有：

一空气环境是位于该第一腔室的内部；培养基是位于该第二腔室中的可压缩元件内部，该培养基经由一联络装置和/或薄膜，于该第一腔室与第二腔室之间自由移动；以及选择性的使用一驱动装置压缩与伸展该第二腔室中的可压缩元件，以使该培养基于该第一腔室与第二腔室之间移动，至少有一个细胞贴附和/或附着的结构能在该第二腔室压缩时沉浸于该培养基中；该第二腔室伸展时，通过一空气-培养基薄层界面而间接暴露于空气环境，以提供氧气。

5、根据权利要求2所述的细胞培养装置，其特征是：所述的第一腔室包含至少一个开口，是用来接受或移动培养基与细胞，以及允许细胞培养装置与外界的环境交换空气。

6、根据权利要求5所述的细胞培养装置，其特征是：所述的第一腔室的开口选择性的装有一个关闭装置。

7、根据权利要求6所述的细胞培养装置，其特征是：所述的关闭装置是选择性地装设一空气滤网，以防止污染。

8、根据权利要求4所述的细胞培养装置，其特征是：所述的驱动装置为自动或手动。

9、根据权利要求2所述的细胞培养装置，其特征是：所述的置于第一腔室的第二端与第二腔室的第一端之间的联络装置，是一具有渗透性的薄膜或多孔性隔板，使该培养基于第一腔室与第二腔室间往返流动。

10、根据权利要求9所述的细胞培养装置，其特征是：所述的具有渗透性的薄膜为选择性的具有多孔。

11、根据权利要求2所述的细胞培养装置，其特征是：所述的内表面具有至少一个结构是生长基材。

12、根据权利要求11所述的细胞培养装置，其特征是：所述的生长基材是微载体。

13、根据权利要求11所述的细胞培养装置，其特征是：所述的生长基材是一松散集结的基质，包括溶氧增生器、静态搅拌器或深床过滤器。

14、根据权利要求11所述的细胞培养装置，其特征是：所述的生长基材是一半渗透囊。

15、根据权利要求11所述的细胞培养装置，其特征是：所述的生长基材是多孔颗粒，提供静态搅拌、增加溶氧、过滤以及阻隔细胞。

16、根据权利要求11所述的细胞培养装置，其特征是：所述的生长基材包括至少一半渗透性的中空纤维。

17、根据权利要求2所述的细胞培养装置，其特征是：所述的细胞是选自以下群组：真核细胞、原核细胞、哺乳动物细胞、动物细胞、人类细胞、细菌或霉菌。

18、根据权利要求1所述的细胞培养装置，其特征是：所述的细胞培养装置是作三维组织的培养装置。

19、根据权利要求17所述的细胞培养装置，其特征是：所述的生长基材的培养基的量是通过一浮囊与一输气管所调节和/或控制。

20、一种细胞培养装置，其特征是：它至少包括有：

第一腔室具有第一端、第二端、一内表面及一外表面，该第一腔室的内表面具有至少一个生长基材，以允许细胞附着；

第二腔室具有第一端、第二端、一内表面及一外表面，其中培养基是置于该第二腔室的内表面，该第二腔室进一步包含有一体积调节装置，以调控进入第一腔室的培养基份量；

一控制装置是控制所述体积调节装置，使培养基在第一与第二腔室间流动，使得当培养基在第二腔室的体积为最小时，培养基完全覆盖生长基材，而当培养基在第二腔室的体积为最大时，生长基材通过一空气-培养基的界面间接接触到第一腔室的空气环境。

21、根据权利要求20所述的细胞培养装置，其特征是：所述的第一腔室进一步包含有至少一个开口，用来接受或移动培养基与细胞，以及允许细胞培养装置与外界的环境交换空气。

22、根据权利要求20所述的细胞培养装置，其特征是：所述的第一腔室的开口装有一个关闭装置。

23、根据权利要求22所述的细胞培养装置，其特征是：所述的关闭装置是选择性地装设一空气滤网，以减少污染。

24、根据权利要求20所述的细胞培养装置，其特征是：所述的驱动装置为自动或手动。

25、根据权利要求20所述的细胞培养装置，其特征是：所述的细胞培养装置进一步包括至少一薄膜或区隔装置，以区隔第一腔室与第二腔室，使得该薄膜或区隔装置用来接受和/或支撑生长基材。

26、根据权利要求20或25其中之一所述的细胞培养装置，其特征是：所述的生长基材是微载体。

27、根据权利要求20所述的细胞培养装置，其特征是：所述的生长基材为一半渗透囊。

28、根据权利要求20所述的细胞培养装置，其特征是：所述的生长基材是包括至少一半渗透性的中空纤维。

29、根据权利要求20所述的细胞培养装置，其特征是：所述的细胞是选自以下群组：真核细胞或原核细胞。

30、根据权利要求20所述的细胞培养装置，其特征是：所述的细胞培养装置是作三维组织的培养。

31、根据权利要求20所述的细胞培养装置，其特征是：所述的体积调节装置是一风箱，通过压缩与伸展，以控制第二腔室内部培养基的体积，使得当风箱压缩到极限时，培养基在第二腔室的体积为最小，而当风箱伸展到极限时，培养基在第二腔室的体积为最大。

32、根据权利要求20所述的细胞培养装置，其特征是：所述的体积调节装置是一气球，通过充气与泄气，以控制第二腔室内部培养基的体积，使得当气球充气到极限时，培养基在第二腔室的体积为最小，而当气球泄气到极限时，培养基在第二腔室的体积为最大。

33、根据权利要求20所述的细胞培养装置，其特征是：所述的体积调节装置是一活塞，其中活塞上推或下拉，以控制第二腔室内部培养基的体积。

34、根据权利要求2所述的细胞培养装置，其特征是：其中有两个联络装置和/或薄膜是放置于第一腔室之内。

35、根据权利要求34所述的细胞培养装置，其特征是：所述的联络装置为多孔，以使培养基自由地在第一腔室与第二腔室间流动，而不需移动生长基材，且薄膜进一步限制生长基材。

36、根据权利要求23所述的细胞培养装置，其特征是：所述的关闭装置是装设至少一空气滤网。

37、一中细胞培养装置，其特征是：它至少包括有：

一腔室具有第一端与第二端，其装有培养基，并且于第二端培养细胞，于第一端含有空气环境；

一自由移动的生长基材具有第一端与第二端，并放置于腔室内部，以供细胞附着与生长；

一浮囊组合是置于生长基材的第二端，该浮囊组合是由驱动装置驱动，以改变生长基材的位置，使生长基材于腔室内垂直移动，当浮囊组合充入最小量的气体时，该生长基材会沉浸于培养基中，而当浮囊组合充入最大量的气体时，生长基材通过一空气-培养基的界面间接接触到空气环境；

其中，使细胞通过一空气-培养基的界面间接接触到空气环境，提供足够的氧气，却不会伤害或杀死细胞。

38、根据权利要求37所述的细胞培养装置，其特征是：所述的腔室进一步包括至少一个开口，用来接受或移动培养基与细胞，以及允许细胞培养装置与外界的环境交换空气。

39、根据权利要求38所述的细胞培养装置，其特征是：所述的开口装有一个关闭装置。

40、根据权利要求39所述的细胞培养装置，其特征是：所述的关闭装置装设有至少一个空气滤网，以防止污染物进入细胞培养装置。

41、根据权利要求37所述的细胞培养装置，其特征是：所述的驱动装置为自动或手动操作。

42、根据权利要求37所述的细胞培养装置，其特征是：所述的生长基材为微载体。

43、根据权利要求37所述的细胞培养装置，其特征是：所述的生长基材为一半渗透囊。

44、根据权利要求37所述的细胞培养装置，其特征是：所述的生长基材为一半渗透性中空纤维。

45、根据权利要求37所述的细胞培养装置，其特征是：所述的细胞选自以下群组：真核细胞或原核细胞。

46、根据权利要求45所述的细胞培养装置，其特征是：所述的真核细胞为动物细胞或哺乳动物细胞。

47、根据权利要求45所述的细胞培养装置，其特征是：所述的真核细胞为人类细胞。

48、根据权利要求37所述的细胞培养装置，其特征是：所述的细胞培养装置是三维组织的培养装置。

49、一中细胞培养装置，其特征是：它至少包括有：

第一腔室包含有第一端和第二端，该第二端是开启；

第二腔室具有第一端、第二端、一内表面及一外表面，该第二腔室是环绕该第一腔室；

生长基材单独置于该第一腔室或单独置于该第二腔室，或同时置于该第一与第二腔室；

通过驱动装置使培养基经由第一腔室的第二端于第一与第二腔室间流动，以便控制培养基留于生长基材上的量，进而帮助细胞生长。

50、根据权利要求49所述的细胞培养装置，其特征是：所述的第二腔室的底内表面设有一凸轮廓线，以减少掉落的细胞堆积。

51、根据权利要求49所述的细胞培养装置，其特征是：所述的第一与第二腔室进一步包含有至少一个开口，用来接受或移动培养基与细胞，以及允许细胞培养装置与外界的环境交换空气。

52、根据权利要求51所述的细胞培养装置，其特征是：所述的开口装有一个关闭装置。

53、根据权利要求52所述的细胞培养装置，其特征是：所述的关闭装置包含至少一个空气滤网，以防止污染物进入细胞培养装置。

54、根据权利要求49所述的细胞培养装置，其特征是：所述的驱动装置为自动或手动操作。

55、根据权利要求2或20或37或49其中之一所述的细胞培养装置，其特征是：所述的生长基材的材质是选自下列的群组：编织基材、非编织基材、多孔基质、陶瓷基质、生物可分解基质、中空纤维基质、半渗透膜、半渗透性纤维、三甲胺、玻璃、硅或二乙氨乙基，该生长基材并进一步为松散集结的基质，以及作为一溶氧增生器、静态搅拌器或过滤器。

56、根据权利要求2或20或37或49其中之一所述的细胞培养装置，其特征是：所述的驱动装置为一油压缸。

57、根据权利要求2或20或37或49其中之一所述的细胞培养装置，其特征是：所述的驱动装置为一气压缸。

58、根据权利要求2或20或37或49其中之一所述的细胞培养装置，其特征是：所述的驱动装置为一螺旋起重器。

59、根据权利要求2或20或37或49其中之一所述的细胞培养装置，其特征是：所述的驱动装置为一气体压缩器。

60、一种培养细胞的方法，其特征是：它是使用所述权利要求2或20或37或49其中之一的细胞培养装置来培养细胞的方法。

61、一种培养细胞以产生蛋白质的方法，其特征是：它是使用所述权利要求2或20或37或49其中之一的细胞培养装置来培养细胞，以产生蛋白质。

62、一中细胞培养装置，其特征是：它至少包括有：

第一腔室具有第一端、第二端、内表面、外表面与至少一个开口；

第二腔室具有第一端、第二端、内表面、外表面与至少一个开口；该第一腔室的第二端是与第二腔室的第一端相连；

第一储存槽具有至少一个开口；第二储存槽具有至少一个开口；

所述第一腔室是通过第一连接器与第一储存槽相连，所述第一腔室是通过第二连接器与第二储存槽相连，该第一腔室的开口是与空气来源相连，

当细胞培养装置运作时，置于第一腔室的培养基将被推到第一储存槽，且新鲜的培养基将由第二储存槽推入第一腔室。

63、根据权利要求2或20或37或49其中之一所述的细胞培养装置，其特征是：所述的生长基材为多孔的生长基材，使细胞包覆于多孔生长基材之内，并且当生长基材浮出于培养基时，于生长基材上的细胞通过一空气-培养基的界面间接接触到空气环境，而获得足够的氧气。

64、根据权利要求63所述的细胞培养装置，其特征是：所述的多孔生长基材的材质选自下列群组：陶瓷、高分子聚合物、编织基材、非编织基材、聚酰胺、聚酯、聚氨酯、碳氟聚合物、聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯醇。

65、根据权利要求63所述的细胞培养装置，其特征是：所述的多孔生长基材的型式为碟状、薄片状、块状、盘状、片状、带状、粒状、半透性颗粒、微颗粒、微载体、半透性膜或半透性中空纤维。

66、一种细胞培养与收集细胞产物的方法，其特征是：它至少包括以下步骤：

(a)于第一腔室中置放一具有第一端与第二端的生长基材；

(b)  提供至少一个具有渗透性与多孔的薄膜于生长基材的第二端，使得生长基材位于多孔薄膜之上；

(c)经由具有渗透性与多孔的薄膜或区隔装置，将该第二腔室连结至第一腔室；

(d)倒入培养基至第一腔室；

(e)置入和/或平盘接种细胞至生长基材；

(f)提供调节该第一腔室与第二腔室内部培养基的量的装置，以间歇性的提供养分与氧气给细胞；

(g)从该第一腔室收集含有细胞分泌的细胞产物的培养基。

67、根据权利要求63所述的细胞培养与收集细胞产物的方法，其特征是：其中所述调节培养基份量的步骤是自动化的操作。

68、根据权利要求49所述的细胞培养装置，其特征是：所述的第二腔室底部的内表面是修饰成为一上扬的表面，以减少及防止任何掉落的细胞堆积。

69、根据权利要求37所述的细胞培养装置，其特征是：所述的生长基材是多孔颗粒，其形状为一松散集结的基质，此基质是进一步作为静态搅拌器、溶氧增生器和/或一深床过滤器。

70、一种细胞培养装置，其特征是：它至少包括有：

第一腔室具有第一端、第二端、一内表面及一外表面，以定义一开口，用以接受至少一个生长基材，允许细胞贴附和/或附着；

第二腔室是位于第一腔室的上方、下方、旁边或内/外环绕的方式，以及与第一腔室互相连接，并且定义第二开口；

生长腔室之内是装有培养基，一气体环境与生长基材；以及一驱动装置是间歇性与周期性的使生长基材移出或移入培养基。

71、根据权利要求70所述的细胞培养装置，其特征是：所述的驱动装置是使生长基材周期性与间歇地移出或移入培养基。

72、根据权利要求71所述的细胞培养装置，其特征是：所述的第一生长腔室进一步包括有至少一个开口，以移出或加入培养基与细胞。

73、根据权利要求71所述的细胞培养装置，其特征是：所述的驱动装置是一螺旋起重器。

74、根据权利要求71所述的细胞培养装置，其特征是：所述的驱动装置是一滑轮。

75、根据权利要求71所述的细胞培养装置，其特征是：所述的驱动装置是为手动或自动操作。

76、根据权利要求2或20或70其中之一所述的细胞培养装置，其特征是：所述的腔室是选择性地装设活动瓣膜与中空圆柱，以使装置内部培养基的流场一致化。

77、一种细胞培养装置，其特征是：它至少包括有：

一腔室是具有第一端与第二端，其装有培养基，并且于第二端培养细胞，该第一端含有空气环境；

一生长基材放置于该腔室内部，以供细胞附着与生长；

一培养基储存槽是装有培养基，并与腔室互相连接；

一驱动装置是间歇性与周期性的使培养基于培养基储存槽与腔室之间流动，使生长基材沉浸于培养基中或是通过一层空气-培养基薄膜间接暴露于空气环境中。

一磅秤组合是与该驱动装置结合，感应该腔室的重量，以控制驱动装置的开启或关闭。

78、根据权利要求77所述的细胞培养装置，其特征是：所述的细胞培养装置进一步利用一转轴与承台组合，以旋转搅拌增加细胞接种与培养基混合效果。

79、根据权利要求68所述的细胞培养装置，其特征是：所述的上扬的表面是一圆锥体。

80、根据权利要求6所述的细胞培养装置，其特征是：所述的细胞培养装置，是通过控制所述关闭装置的紧缩度与第二腔室的压缩与伸展速度，以控制该第一腔室内的压力与真空度，直接增加或减少压力在生长基材上。

81、根据权利要求2或20或37或49其中之一所述的细胞培养装置，其特征是：所述的细胞培养装置，进一步通过一关闭装置，提供压力的改变，直接作用在生长基材上，以控制细胞组织的生长与分化。

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