CN201762331U - 一种磁力搅拌装置和动物细胞培养生物反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种磁力搅拌装置和动物细胞培养生物反应器，用以解决现有机械搅拌装置使得动物细胞培养生物反应器的罐体不能完全密封、存在污染和安全隐患，机械密封处清洁、维护具有难度的问题。该磁力搅拌装置，用于动物细胞培养生物反应器，包括叶轮；用于带动叶轮转动的轴承，与叶轮连接；焊接盘，第一面与轴承轴向转动连接；用于利用磁力驱动轴承转动的磁力驱动装置，与焊接盘的第二面固定连接。该技术方案不需要贯穿动物细胞培养生物反应器的罐体，罐体内部与外部完全隔绝，从而罐体被完全密封，避免了细胞培养的污染及泄漏，提高了动物细胞培养生物反应器的安全性；同时提高了动物细胞培养生物反应器的操作、清洗便捷性。

Description

一种磁力搅拌装置和动物细胞培养生物反应器

技术领域

本实用新型涉及生物技术领域，尤其涉及一种磁力搅拌装置和动物细胞培养生物反应器。

背景技术

动物细胞培养在生物制药行业中有着极其重要的作用，是生物制药行业通用核心技术之一。随着生物技术与工程的发展，动物细胞的培养已逐渐从实验室规模培养过渡到工业化规模的生物反应器中进行。通过动物细胞的大规模培养，可以得到疫苗、诊断试剂、单克隆抗体、酶等重要生物制品。

动物细胞培养生物反应器是大规模动物细胞培养的核心设备。因此动物细胞培养生物反应器的选择和设计是动物细胞培养过程整体设计中最为重要的环节。机械搅拌式生物反应器是动物细胞培养生物反应器中应用最为广泛的一种。机械搅拌装置，通过搅拌器的作用使细胞和养分在培养液中均匀分布，使养分充分被细胞利用，并增大气液接触面，有利于氧的传递，可获得良好的混合和传质效果。机械搅拌的作用可使进入罐内的空气很好地获得破碎和分布，以增加罐内气液接触面积而有利于氧的传递和发酵液的混合。在传统机械搅拌式生物反应器中，搅拌器、搅拌轴与传动装置分别位于罐体内部与外部，传动轴贯穿于罐体内外，一般通过机械密封对轴与罐体之间的间隙进行密封。机械密封一般密封可靠、使用寿命较长，但具有如下缺点：

罐体不能完全密封，存在污染和安全隐患；

机械密封处清洁、维护具有难度。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种磁力搅拌装置和动物细胞培养生物反应器，用以解决现有机械搅拌装置使得动物细胞培养生物反应器的罐体不能完全密封、存在污染和安全隐患，机械密封处清洁、维护具有难度的问题。

本实用新型实施例提供的一种磁力搅拌装置，用于动物细胞培养生物反应器，包括：

叶轮；

用于带动所述叶轮转动的轴承，与所述叶轮连接；

焊接盘，第一面与所述轴承轴向转动连接；

用于利用磁力驱动所述轴承转动的磁力驱动装置，与所述焊接盘的第二面固定连接。

所述焊接盘的第二面上设置有螺纹接头或卡接口。

所述磁力驱动装置包括：

驱动磁头；

齿轮箱，与所述驱动磁头连接；

电机，与所述齿轮箱连接；

法兰，固定于所述齿轮箱与驱动磁头之间，与所述焊接盘的第二面固定连接。

所述磁力驱动装置还包括：

驱动板，固定于所述齿轮箱与所述驱动磁头之间。

所述的磁力搅拌装置，还包括：

聚四氟乙烯垫片，套于所述轴承上，位于所述轴承和所述焊接盘之间。

所述叶轮上设置有通向所述轴承的通孔流道。

所述叶轮上固定设置有磁铁；

所述磁力搅拌装置还包括：

用于通过探测所述磁铁的旋转确定所述叶轮的转速、并显示所述转速的叶轮监测器。

所述的磁力搅拌装置，还包括：

用于控制所述磁力驱动装置的控制箱，与所述磁力驱动装置电连接。

所述控制箱包括：

开关和速度设定设备。

本实用新型实施例还提供了一种动物细胞培养生物反应器，包括罐体，还包括磁力搅拌装置，所述磁力搅拌装置包括：

叶轮；

用于带动所述叶轮转动的轴承，与所述叶轮连接；

焊接盘，与所述罐体固定连接，其第一面位于所述罐体内部、且与所述轴承轴向转动连接，其第二面位于所述罐体外部；

用于利用磁力驱动所述轴承转动的磁力驱动装置，与所述第二面固定连接。

本实用新型实施例提供的磁力搅拌装置和动物细胞培养生物反应器，具有如下有益效果：

首先，利用磁力偶合实现搅拌功能，不需要贯穿动物细胞培养生物反应器的罐体，罐体内部与外部完全隔绝，从而罐体被完全密封，避免了细胞培养的污染及泄漏，提高了动物细胞培养生物反应器的安全性；同时提高了动物细胞培养生物反应器的操作、清洗便捷性；

其次，实现搅拌功能的叶轮剪切力比较低，同时通过将焊接盘定位在罐体的下封头，使得叶轮轴线的延长线尽可能接近罐中心、并且使延长线与罐体的两个交点到罐体中心轴线的距离相等，还可以得到最好的搅拌效果，从而达到了在实现最好的搅拌效果的同时保证较低的剪切力的目的。

附图说明

图1A为本实用新型实施例磁力搅拌装置的正视图；

图1B为本实用新型实施例磁力搅拌装置的分解示意图；

图2为本实用新型实施例磁力搅拌装置被安装到罐体的位置示意图；

图3A为本实用新型实施例中叶轮11的结构示意图；

图3B为本实用新型实施例中叶轮11的另一结构示意图；

图4A为本实用新型实施例中轴承12的结构示意图；

图4B为本实用新型实施例中有关聚四氟乙烯垫片121的示意图；

图5A为本实用新型实施例中磁力驱动装置14的正视图；

图5B为本实用新型实施例中磁力驱动装置14的俯视图；

图5C为本实用新型实施例中有关驱动板145的示意图；

图6为本实用新型实施例中有关控制箱15的示意图；

图7为本实用新型实施例中有关叶轮监测器16的示意图；

图8为本实用新型实施例动物细胞培养生物反应器的结构示意图。

具体实施方式

为了解决现有技术存在的问题，本实用新型实施例提供了一种磁力搅拌装置和动物细胞培养生物反应器。

如图1A-1B所示，本实用新型实施例提供一种磁力搅拌装置，用于动物细胞培养生物反应器，包括：

叶轮11；

用于带动叶轮11转动的轴承12，与叶轮11连接；

焊接盘13，第一面与轴承12轴向转动连接；

用于利用磁力驱动轴承12转动的磁力驱动装置14，与焊接盘13的第二面固定连接。

参考图2，使用上述磁力搅拌装置的方法为：

A1、将焊接盘13焊接到动物细胞培养生物反应器的罐体上，使焊接盘13成为罐体的一部分；其中，第一面位于罐体内，第二面位于罐体外。

可以将焊接盘13定位在罐体的下封头，使得叶轮11轴线的延长线尽可能接近罐中心、并且使延长线与罐体的两个交点到罐体中心轴线的距离相等，这样可以得到最好的搅拌效果。

A2、将轴承12安装到焊接盘13。

比如：以适当扭矩将轴承12旋转内嵌到焊接盘13的第一面内，安装后的轴承12可以轴向自由转动。

A3、放置叶轮11到轴承12上。

手动转动叶轮11数圈以确保叶轮11与焊接盘13和罐体有足够的间隙，如出现碰擦必须进行必要的修整。

A4、将磁力驱动装置14安装到焊接盘13和罐体支架上。

检查安装位置，保证磁力驱动装置14与焊接盘13和罐体有足够的间隙，如出现碰擦必须进行必要的修整。

由于磁铁产生的强磁力，叶轮11必须先于磁力驱动装置14安装以免损坏轴承12。

上述磁力搅拌装置的工作原理：

磁力驱动装置14通过磁力偶合传递到叶轮11，叶轮11借助磁力转动，进而实现搅拌的目的。

本实用新型实施例提供的磁力搅拌装置应用于动物细胞培养生物反应器，具有如下有益效果：

首先，利用磁力偶合实现搅拌功能，不需要贯穿动物细胞培养生物反应器的罐体，罐体内部与外部完全隔绝，从而罐体被完全密封，避免了细胞培养的污染及泄漏，提高了动物细胞培养生物反应器的安全性；同时提高了动物细胞培养生物反应器的操作、清洗便捷性；

其次，实现搅拌功能的叶轮剪切力比较低，同时通过将焊接盘定位在罐体的下封头，使得叶轮轴线的延长线尽可能接近罐中心、并且使延长线与罐体的两个交点到罐体中心轴线的距离相等，还可以得到最好的搅拌效果，从而达到了在实现最好的搅拌效果的同时保证较低的剪切力的目的。

下面分别说明各部件：

1)、叶轮11

为罐内部件。材质为316L不锈钢或其它材料。

叶轮11与其它搅拌器(如螺旋桨和Rushton透平式)比较，运行时能产生较小的剪切力，因此对敏感产品的损害非常低。

叶轮11的驱动是通过磁力偶合传递到叶轮11的，所以避免了罐体被穿轴引起的“不能完全密封，存在污染和安全隐患；机械密封处清洁、维护具有难度”的问题。

如图3A所示，叶轮11上设置有通向轴承12的通孔流道。该特殊设计的通孔流道在叶轮11旋转时提供了通过叶轮11的连续液流，旋转时产生的压差，保证液体从叶轮11底部进入并通过轴承12使叶轮11和轴承12得到连续清洗，保证了叶轮11内部和轴承12的有效清洗。

如图3B所示，叶轮11上还可以固定设置有磁铁111(可有数个，并在叶轮11的底部圆周等距布置)。此时，磁力搅拌装置还可以包括叶轮监测器16(详见后边关于叶轮监测器16的描述)。

2)、轴承12

为罐内部件。材质为碳化钨、碳化硅或其它材料。

图4A为轴承12的示意图。其表面光洁度可为电抛；表面光洁度可为0.2μm或更好；表面处理可为钝化。

如图4B所示，轴承12上套有用于密封的聚四氟乙烯垫片121，其位于轴承12和焊接盘13之间，起到密封的作用。

使用时需要防止轴承12物理损坏，更为重要的是轴承12表面最好没有颗粒，以避免运行时损坏或干扰轴承12的功能。

3)、焊接盘13

为罐内、外部件。

焊接盘13被焊到罐上后成为罐的一部分，允许安装轴承12和磁力驱动装置14。其中，焊接盘13的第一面与轴承12轴向转动连接，第二面与磁力驱动装置14固定连接。焊接盘13的第二面可设置有螺纹接头或卡接口，用于安装磁力驱动装置14。

4)、磁力驱动装置14

为罐外部件。

如图5A-5B所示，磁力驱动装置14可以包括：

驱动磁头141；

齿轮箱142，与驱动磁头141连接；

电机143，与齿轮箱142连接；

法兰144，固定于齿轮箱142与驱动磁头141之间，并与焊接盘13的第二面固定连接。

其中，当焊接盘13的第二面有螺纹接头或卡接口时，可以通过螺栓或卡接将法兰144固定连接到焊接盘13的第二面，将磁力驱动装置14安装到焊接盘13。

如图5C所示，磁力驱动装置14还可以包括：

驱动板145，固定于齿轮箱142与驱动磁头141之间。

5)、控制箱15

为罐外部件。

如图6所示，控制箱15与磁力驱动装置14电连接，用于控制磁力驱动装置14。控制箱15包括开关151(如主开关、启动和停止按钮等)和速度设定设备152(如带有变频器、硅可控整流器的速度设定设备)。

6)、叶轮监测器16

如图7所示，叶轮11上固定设置有磁铁111(可有数个，并在叶轮11的底部圆周等距布置)；

叶轮监测器16通过探测磁铁111的旋转确定叶轮11的转速、并显示转速。

叶轮监测器16可以固定连接在磁力驱动装置14上，并贴近罐体设置。叶轮监测器16包括磁传感器、传感器导线和接口、传感器保持架、加长套管等。

其中，叶轮11、轴承12和焊接盘13的第一面部分是与罐内产品接触的部件，因此为了满足无菌要求，叶轮11、轴承12和焊接盘13的第一面部分最好具有高的表面质量。

如图8所示，本实用新型实施例还提供了一种动物细胞培养生物反应器，包括罐体21，还包括磁力搅拌装置22，磁力搅拌装置22包括：

叶轮221；

用于带动叶轮221转动的轴承(图8未示出，请参考图1B)，与叶轮221连接；

焊接盘222，与罐体21固定连接，其第一面位于罐体21内部、且与轴承轴向转动连接，其第二面位于罐体21外部；

用于利用磁力驱动轴承转动的磁力驱动装置223，与焊接盘222的第二面固定连接。

上述动物细胞培养生物反应器具有如下有益效果：

首先，利用磁力偶合实现搅拌功能，不需要贯穿动物细胞培养生物反应器的罐体，罐体内部与外部完全隔绝，从而罐体被完全密封，避免了细胞培养的污染及泄漏，提高了动物细胞培养生物反应器的安全性；同时提高了动物细胞培养生物反应器的操作、清洗便捷性；

其次，实现搅拌功能的叶轮剪切力比较低，同时通过将焊接盘定位在罐体的下封头，使得叶轮轴线的延长线尽可能接近罐中心、并且使延长线与罐体的两个交点到罐体中心轴线的距离相等，还可以得到最好的搅拌效果，从而达到了在实现最好的搅拌效果的同时保证较低的剪切力的目的。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种磁力搅拌装置，用于动物细胞培养生物反应器，其特征在于，包括：

叶轮；

用于带动所述叶轮转动的轴承，与所述叶轮连接；

焊接盘，第一面与所述轴承轴向转动连接；

用于利用磁力驱动所述轴承转动的磁力驱动装置，与所述焊接盘的第二面固定连接。

2.如权利要求1所述的磁力搅拌装置，其特征在于，

所述焊接盘的第二面上设置有螺纹接头或卡接口。

3.如权利要求1或2所述的磁力搅拌装置，其特征在于，所述磁力驱动装置包括：

驱动磁头；

齿轮箱，与所述驱动磁头连接；

电机，与所述齿轮箱连接；

法兰，固定于所述齿轮箱与驱动磁头之间，与所述焊接盘的第二面固定连接。

4.如权利要求3所述的磁力搅拌装置，其特征在于，所述磁力驱动装置还包括：

驱动板，固定于所述齿轮箱与所述驱动磁头之间。

5.如权利要求1或2所述的磁力搅拌装置，其特征在于，还包括：

聚四氟乙烯垫片，套于所述轴承上，位于所述轴承和所述焊接盘之间。

6.如权利要求1或2所述的磁力搅拌装置，其特征在于，

所述叶轮上设置有通向所述轴承的通孔流道。

7.如权利要求1或2所述的磁力搅拌装置，其特征在于，

所述叶轮上固定设置有磁铁；

所述磁力搅拌装置还包括：

用于通过探测所述磁铁的旋转确定所述叶轮的转速、并显示所述转速的叶轮监测器。

8.如权利要求1或2所述的磁力搅拌装置，其特征在于，还包括：

用于控制所述磁力驱动装置的控制箱，与所述磁力驱动装置电连接。

9.如权利要求8所述的磁力搅拌装置，其特征在于，所述控制箱包括：

开关和速度设定设备。

10.一种动物细胞培养生物反应器，包括罐体，其特征在于，还包括磁力搅拌装置，所述磁力搅拌装置包括：

叶轮；

用于带动所述叶轮转动的轴承，与所述叶轮连接；

焊接盘，与所述罐体固定连接，其第一面位于所述罐体内部、且与所述轴承轴向转动连接，其第二面位于所述罐体外部；

用于利用磁力驱动所述轴承转动的磁力驱动装置，与所述第二面固定连接。

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