CN201915099U - 一种摇摆驱动的循环式细胞培养器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种摇摆驱动的循环式细胞培养器，该培养装置包括硬质培养容器，该培养器的下部为容液室，容液室的底面为光滑的凹面，容液室的侧壁面为斜坡面，斜坡面与凹面之间平滑过渡，在容液室的侧壁上沿着斜坡面吻合设置有循环管道，循环管道具有上开口和下开口，下开口处设有单向泄流阀结构。当驱动本实用新型左右摇摆时，位于上层培养液会不断的由两循环管道的上开口中进入并由下开口中涌出，而原本处于下层的培养液会在这个过程中上翻，实现培养液的上下循环，循环简单有效，混合换气效果好，而且循环的频率可以降到最低值，循环剪切力极小。

Description

一种摇摆驱动的循环式细胞培养器
技术领域
本实用新型涉及一种在为其施加摇摆驱动时，其内的培养液会进行循环的细胞培养装置。
背景技术
生物体的培养(包括动物细胞，植物细胞,昆虫细胞和微生物的培养)以及利用上述培养的生物体进行生物技术产品（如蛋白类，多肽类，核酸类，抗体类，病毒载体和病毒疫苗类）的生产，需要提供适当的温度，必要的气体(如氧气和二氧化碳气体）以及适当的混合，因此市场上出现了与之相适应的各种产品，如恒温箱，二氧化碳培养箱，混合摇床，发酵罐，培养瓶和各种细胞生物反应器等。在进行细胞培养时，特别是动物细胞培养以及利用动物细胞进行上述生物技术产品的生产时，往往需要精确的温度控制，良好的气体和营养交换以及剪切力很小的混合，因此市场上出现了各种各样的生物反应器，如滚瓶生物反应器，磁力搅拌生物反应器，NBS篮式生物反应器和WAVE波浪生物反应器等。
目前市场上用于动物细胞培养的生物培养器主要有转瓶，磁力搅拌培养瓶，NBS篮式静止细胞培养生物反应器和WAVE摇袋式生物反应器，其中转瓶和磁力搅拌培养瓶仅用于小规模生产和逐级放大，由于其非一次性使用易交叉污染。此外，磁力搅拌培养存在着剪切力较大的缺点。NBS篮式静止细胞培养生物反应器价格昂贵，操作复杂，不适于实验室小规模培养，其非一次性培养罐存在交叉污染问题。WAVE摇袋式生物反应器是将细胞培养在一次性塑料软袋中进行培养，通过摇袋产生波浪，使细胞悬浮，培养液混合，气体交换，其剪切力相对较小，但存在以下缺点：首先，WAVE主要适用于大规模的细胞培养，具WAVE专利表明培养体积最好在5L以上，当小体积培养时，不能产生足够的波浪使细胞悬浮，细胞沉积在袋底，在摇动过程中相互摩擦而损伤；其次，WAVE摇袋是塑料软袋，加上相连的一系列管道，操作较硬体培养容器复杂；再次，不同型号的WAVE培养袋要用与之匹配的摇摆器，小袋部能用大摇摆器，大袋也不能用小摇摆器，要从小规模培养经逐级放大到大规模工业化生产需要购买一系列昂贵的设备；最后，虽然WAVE较搅拌式生物反应器剪切力小，但要产生必要的细胞悬浮，充分的混合和气体交换，也要一定的摇摆速度和频率，因此也会产生一定程度的剪切力。
为了克服上述生物反应器的缺点，特别是WAVE摇摆式反应器的不足，必须研发新型的细胞培养装置。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种剪切力小、混合换气效果好的摇摆驱动的循环式细胞培养器。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种摇摆驱动的循环式细胞培养器，该培养装置包括硬质培养容器，该培养器的下部为容液室，容液室的底面为光滑的凹面，容液室的侧壁面为斜坡面，斜坡面与凹面之间平滑过渡，在容液室的侧壁上沿着斜坡面吻合设置有循环管道，循环管道具有上开口和下开口，下开口处设有单向泄流阀结构。
所述的循环管道由两侧缘设置在容液室的侧壁面上的薄膜与容液室的侧壁包设而成。
所述循环管道由吻合固设在容液室的侧壁上的管体形成。
所述单向泄流阀结构为两个以上的袋状柔性瓣膜，袋状柔性瓣膜的袋口朝向下开口的端口，袋状柔性瓣膜的外侧面对应设置在循环管道的内壁上。
所述循环管道为软管道，袋状柔性瓣膜与循环管道一体设置。
所述的单向泄流阀结构为与管体的管端口形状吻合的闸板型软膜片，软膜片开合贴设在管体的下开口上，软膜片的外缘小于管体下开口处的外周。
所述的循环管道的上开口的边缘所处的平面和下开口的边缘所处的平面均为向容液室的底面倾斜的斜面，循环管道的上开口上设置有向循环管道的上开口中心延伸的引流缓冲软膜缘。
所述容液室为半椭球状，容液室的内壁为椭圆弧状，所述循环管道为两个，两循环管道分别对称设置在椭球长径的两端部。
所述容液室上部的开口上向上一体延伸设置有柱状容气室，容气室的上端开口上设置有容器盖，容气室的侧壁上设有透气窗口，透气窗口上设置有除菌滤膜。
所述容液室上部的开口上向上一体延伸设置有柱状容气室，容气室的上端开口上密封设置有容器盖，容气室的侧壁上或容器盖上间隔连通设置有进气管口、出气管口、进出液管口、取样管口。
本实用新型的容液室的底面为光滑的凹面，容液室的侧壁面为斜坡面，斜坡面与凹面之间平滑过渡，在容液室的侧壁上沿着斜坡面吻合设置有循环管道，当驱动本实用新型左右摇摆时，位于上层的培养液会不断的由两循环管道的上开口进入循环管道中并由下开口中涌出，而原本处于下层的培养液会在这个过程中上翻，实现培养液的上下循环，同时，由于循环管道的下开口处设有单向泄流阀结构，进入循环管道的液体只可能是上层液体，循环简单有效，混合换气效果好，而且循环的频率可以降到最低值，循环剪切力极小。同时，本实用新型的培养容器为硬质培养容器，搬移方便。
本实用新型的循环管道由吻合固设在容液室的侧壁上的管体形成，管体与培养容器可以分开成型，制造工艺较好。
本实用新型的单向泄流阀结构为两个以上的袋状柔性瓣膜，袋状柔性瓣膜的袋口朝向下开口的端口，带状软膜片通过一侧面设置在循环管道的内壁上，这样在驱动本实用新型摇摆，循环管道的上开口位置降低时，培养液会从上开口进入循环管道内，下开口处的培养液将充满袋状柔性瓣膜，袋状柔性瓣膜膨胀将下开口封死，当循环管道的上开口位置升高时，培养液从循环管道内挤压袋状柔性瓣膜，袋状柔性瓣膜内的液体被挤出，袋状柔性瓣膜体积变小，培养液就会由下开口处排出，这种瓣膜为仿生结构，单向通流的可靠性高。
本实用新型的培养容器上部的开口上向上一体延伸设置有柱状容气室，容气室的上端开口上设置有容器盖，容气室的侧壁上间隔连通设置有进气口和出气口，当培养容器的体积较大时，培养液仅通过培养容器上端开口处与空气接触而溶解的氧无法满足需要时，可通过进气口往培养容器中充氧，同时通过出气口排出生物体产生的废气，可以很好的保证生物体的生长活动。
本实用新型的培养容器为半椭球状，内腔为椭圆弧状，这样循环管道布置方便，循环液在椭圆球的长轴方向上来回平缓移动，可以将剪切力降到最小。
附图说明
图1是本实用新型实施例1的立体图；
图2是本实用新型实施例1的主视图的剖视图；
图3是图2的俯视图；
图4是本实用新型实施例2的主视图的剖视图；
图5是图4的俯视图；
图6是图5中管体的立体结构示意图；
图7是本实用新型实施例3的立体图；
图8是本实用新型实施例3的主视图；
图9是图7中管体的立体结构示意图；
图10是图7中袋状柔性瓣膜的立体图。
具体实施方式
一种摇摆驱动的循环式细胞培养器的实施例1，在图1~3中，该培养装置包括硬质培养容器，该培养容器的上部为容气室3，下部为容液室4，容液室4为半椭球形，容液室4的内腔椭球弧面，容气室3与容液室4一体设置，容气室3由容液室4的上端口上向上延伸。在容液室椭球形内腔的长轴的两端部相对设置有两薄膜6，两薄膜6的两侧固定贴设在内腔腔壁上。本实施例中的培养容器是由硬质塑料成型的，薄膜是软塑料，薄膜可以通过热熔的方式固定的培养容器的内腔的腔壁上。两薄膜6作为循环管道的一部分与容液室的内腔的腔壁一起将容液室的内腔靠近长轴两端的部分包设成了两个管体腔，循环管道的上端具有朝上的上开口7，循环管道的下端具有位于容液室的底面上的下开口9。下开口9的内侧设置有袋状柔性瓣膜11，共设置有两个，袋状柔性瓣膜11的袋口朝向下开口9的端口，袋顶朝向循环腔的内部，一个软膜片的一侧固定设置薄膜的内侧壁上，另一个端软膜片的一侧固定设置在内腔的腔壁上。袋状柔性瓣膜可以是半月形的也可以是半椭球状的。
容气室3的上端开口上加设有容器盖14，容气室的侧壁上相对设置两个相互通气的透气窗口，透气窗口上设置有除菌滤膜15。
培养容器的下部设置有底座5。
一种摇摆驱动的循环式细胞培养器的实施例2，在图4、图5、图6中，本实施例与实施例1的区别在于：本实施例的循环管道由管体10形成，管体10吻合贴设在容液室的侧壁上，管体10的上端口为上开口7，管体10的下端口为下开口9，管体10的上端面和下端面均为向容液室4的底面倾斜的斜面，因此上开口7和下开口9均为椭圆形的口，软膜片8为与管体的管端口形状吻合的椭圆形片体，软膜片8贴设在的下端面上，软膜片8在一端处固定在管体上，可相对于管体开合运动。软膜片8的尺寸大于管体下开口处的内径并小于管体下开口处的外径，软膜片8刚好将管体的管口挡住并且不会将整个管体的端面都遮住。管体的下开口的边沿为扩口向外锥面，软膜片8的边沿为与管体的下开口的边沿吻合的锥面。管体为柔性管道，管体的上开口处设置有引流缓冲软膜缘12。引流缓冲软膜缘12设置在管体的上端面上，并向管口延伸。
一种摇摆驱动的循环式细胞培养器的实施例3，在图7~10中，本实施例与实施例2的区别在于：本实施例的下开口9的内侧设置有袋状柔性瓣膜11，共设置有两个，袋状柔性瓣膜11的袋口朝向下开口9的端口，袋顶朝向循环腔的内部，两袋装软膜片靠近管体侧壁的外侧一体设置管体的内侧壁上。袋状柔性瓣膜可以是半月形的也可以是半椭球状的。
培养容器上部的开口上向上延伸设置有柱状的容气室3，容气室3的上端开口上可以加设容器盖14，容气室3的侧壁上对称设置有进气口2出气口1，进气口2出气口1，均与容气室3连通，容气室的侧壁上还设置有进出液口、取样口，容气室的侧壁上还预埋穿设有供溶氧传感器及PH值传感器的信号线。在使用过程中也可以在进气口2、出气口3上设置除菌滤膜，以防止细菌污染。
以上实施例的培养容器的材料均为硬塑料，也可以为陶瓷或其他硬质材料。
以上实施例的袋状柔性瓣膜为两个，也可以为更多。
以上实施例都设置了柱状的容气室，也可以不设置柱状的容气室，同时也不设置容器盖，让培养容器上部的空气提供微生物生存所需要的氧气。
本实施例的容液室的内腔为椭球面，在实际使用中可以将其内腔设计成由底面为光滑的凹面，容液室的侧壁为斜坡面，斜坡面与凹面之间平滑过渡的任何形状。
本实施例的循环管体还可以和容液室一体成型。
以上实施例中的摇摆驱动的循环式细胞培养器在使用时需要安置在产生摇摆运动的驱动装置上，摇摆运动可以使培养容器内的培养液产生如图2、4、8所示的循环运动，以达到让液体循环换气的目的，这种摇摆运动即便极其平缓也能达到使培养液循环的目的。
以上实施例的细胞培养器具有在剪切力最小的情况下，达到最大的混合和气体交换效果，操作简便，成本低廉，可以一次性使用，无交叉污染。
在使用时，以上实施例的细胞培养器放置在摇摆式培养箱或其他摇摆装置上，不同大小的细胞培养器不需要与之相匹配的摇摆式培养箱或其他摇摆装置，同一台摇摆式培养箱或其他摇摆装置可以完成从实验室规模培养逐级放大再到大规模培养的需求。

Claims (10)

1.一种摇摆驱动的循环式细胞培养器，其特征在于：该培养装置包括硬质培养容器，该培养器的下部为容液室，容液室的底面为光滑的凹面，容液室的侧壁面为斜坡面，斜坡面与凹面之间平滑过渡，在容液室的侧壁上沿着斜坡面吻合设置有循环管道，循环管道具有上开口和下开口，下开口处设有单向泄流阀结构。
2.根据权利要求1所述的摇摆驱动的循环式细胞培养器，其特征在于：所述的循环管道由两侧缘设置在容液室的侧壁面上的薄膜与容液室的侧壁包设而成。
3.根据权利要求1所述的摇摆驱动的循环式细胞培养器，其特征在于：所述循环管道由吻合固设在容液室的侧壁上的管体形成。
4.根据权利要求1或2或3所述的摇摆驱动的循环式细胞培养器，其特征在于：所述单向泄流阀结构为两个以上的袋状柔性瓣膜，袋状柔性瓣膜的袋口朝向下开口的端口，袋状柔性瓣膜的外侧面对应设置在循环管道的内壁上。
5.根据权利要求4所述的摇摆驱动的循环式细胞培养器，其特征在于：所述循环管道为软管道，袋状柔性瓣膜与循环管道一体设置。
6.根据权利要求3所述的摇摆驱动的循环式细胞培养器，其特征在于：
所述的单向泄流阀结构为与管体的管端口形状吻合的闸板型软膜片，软膜片开合贴设在管体的下开口上，软膜片的外缘小于管体下开口处的外周。
7.根据权利要求1所述的摇摆驱动的循环式细胞培养器，其特征在于：所述的循环管道的上开口的边缘所处的平面和下开口的边缘所处的平面均为向容液室的底面倾斜的斜面，循环管道的上开口上设置有向循环管道的上开口中心延伸的引流缓冲软膜缘。
8.根据权利要求1所述的摇摆驱动的循环式细胞培养器，其特征在于：所述容液室为半椭球状，容液室的内壁为椭圆弧状，所述循环管道为两个，两循环管道分别对称设置在椭球长径的两端部。
9.根据权利要求1所述的摇摆驱动的循环式细胞培养器，其特征在于：所述容液室上部的开口上向上一体延伸设置有柱状容气室，容气室的上端开口上设置有容器盖，容气室的侧壁上设有透气窗口，透气窗口上设置有除菌滤膜。
10.根据权利要求1所述的摇摆驱动的循环式细胞培养器，其特征在于：所述容液室上部的开口上向上一体延伸设置有柱状容气室，容气室的上端开口上密封设置有容器盖，容气室的侧壁上或容器盖上间隔连通设置有进气管口、出气管口、进出液管口、取样管口。
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