CN202786259U - 生物反应器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种生物反应器，包括罐体和设置于所述罐体底部的机械搅拌装置；所述机械搅拌装置包括：位于所述罐体外部的传动装置，固定于所述罐体的底部；在所述传动装置驱动下转动的搅拌轴，与所述传动装置传动连接，并自所述罐体的底部穿入所述罐体内；以及，在所述搅拌轴带动下进行搅拌的搅拌器，设置于所述罐体内部，与所述搅拌轴连接。本实用新型的生物反应器中，在罐体底部设置机械搅拌装置，结构稳定可靠，可适用于大规模培养细胞，且能实现良好的混合和传质效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种生物反应器，尤其是一种具有机械搅拌装置的生物反应器，属于细胞培养技术领域。
背景技术
生物反应器是大规模动物细胞培养的核心设备。动物细胞培养用生物反应器的种类繁多，可按细胞培养方式（贴壁培养或悬浮培养）、反应器操作模式（分批培养或连续培养）、液体存在相（均相或非均相）、反应器的几何特征（流动形态和接触方式）等划分为不同的类别。较为常用的动物细胞培养用生物反应器有：搅拌式生物反应器、气升式生物反应器、固定床和流化床生物反应器及一次性生物反应器。其中，搅拌式生物反应器由于其应用范围广、操作控制简单、规模放大容易等特点，应用最为广泛，是生物制品行业中的主流生产设备。
动物细胞培养用生物反应器中的搅拌装置的主要功能是使罐体内物料混合良好，液体中的固形物料保持悬浮状态，从而使细胞与营养物质充分接触，并有利于气液接触界面，还可以增加热传递以满足温度的自动控制。因此，搅拌装置对于细胞生长具有较重要影响。
现有的搅拌式生物反应器中的搅拌装置通常分为机械搅拌装置或磁力搅拌装置。而现有的机械搅拌装置都是采用安装于罐体顶部的顶部机械搅拌装置，这种顶部机械搅拌装置包括位于罐体顶部的传动装置、位于罐体内部的搅拌器、以及贯穿于罐体内外的搅拌轴，一般搅拌轴与罐体之间的间隙采用机械密封进行密封。这种顶部机械搅拌装置的搅拌效果较好，可实现良好的混合和传质效果，但是，当生物反应器体积较大时，为实现搅拌效果，搅拌轴的长度需相应增加，较长的搅拌轴具有不稳定、易于晃动等缺点，增加了搅拌装置结构的不稳定性；现有的磁力搅拌系统包括磁力驱动装置、以及轴承和搅拌叶轮等，磁力驱动装置通过磁力驱动轴承转动，应用磁力搅拌系统，罐体外的驱动装置与罐体内的搅拌叶轮等搅拌装置之间无需通过轴连接，罐体可实现完全密封，减少了动物细胞培养物的污染和安全隐患，但是由于搅拌叶轮只能设置于罐体底部，且只能设置一个搅拌叶轮，当生物反应器体积较大，培养体积较大时，搅拌效果不佳，难以实现所需的混合和传质效果，此外，当培养体积较大时，叶轮规格相应增大，所需磁力相应增大，对动物细胞可能会有所影响。
实用新型内容
针对上述大规模生物反应器的细胞培养中，采用顶部机械搅拌装置不稳定，磁力搅拌搅拌装置的搅拌效果难以满足需求的问题，本实用新型提供一种生物反应器，其在罐体底部安装机械搅拌装置，可实现大规模培养所需良好的混合和传质效果，同时，结构稳定可靠。
本实用新型所提供的技术方案为：
一种生物反应器，包括罐体和设置于所述罐体底部的机械搅拌装置；所述机械搅拌装置包括：
位于所述罐体外部的传动装置，固定于所述罐体的底部；
在所述传动装置驱动下转动的搅拌轴，与所述传动装置传动连接，并自所述罐体的底部穿入所述罐体内；以及，
在所述搅拌轴带动下进行搅拌的搅拌器，设置于所述罐体内部，与所述搅拌轴连接。
进一步的，所述搅拌器为推进式搅拌器、桨式搅拌器、旋桨式搅拌器、涡轮式搅拌器、锚式搅拌器、螺带式搅拌器中的至少一种。
进一步的，所述搅拌器包括至少两组搅拌桨，至少两组搅拌桨包括：
能够在所述搅拌轴带动下进行搅拌的上搅拌桨，连接于所述搅拌轴上；
能够在所述搅拌轴带动下进行搅拌的下搅拌桨，连接于所述搅拌轴上，并位于所述上搅拌桨的下方。
进一步的，所述上搅拌桨为能够在所述搅拌轴转动时进行搅拌以产生轴向液流的搅拌桨。
进一步的，所述上搅拌桨的外径为所述罐体的内径的30%~50%。
进一步的，所述下搅拌桨为能够在所述搅拌轴转动时进行搅拌以产生径向液流的搅拌桨。
进一步的，所述下搅拌桨的外径为所述罐体的内径的30%~50%。
进一步的，所述搅拌轴的长度为所述罐体的高度的40%~50%。
所述上搅拌桨与所述下搅拌桨之间的距离为所述罐体的高度的20%~30%。
进一步的，所述传动装置包括：
驱动电机；
与所述驱动电机传动连接的减速器，与所述搅拌轴通过联轴器传动连接；
以及，用于将所述驱动电机和所述减速器固定在所述罐体底部的固定支架。
进一步的，所述罐体的底部开设用于供所述搅拌轴穿过的穿孔；
所述搅拌轴穿过所述穿孔穿入所述罐体内，在所述搅拌轴与所述罐体的底部的穿孔之间设置有机械密封。
进一步的，所述机械搅拌装置设置于所述罐体底部的中心位置。
本实用新型的有益效果为：
本实用新型的生物反应器中，在罐体底部设置机械搅拌装置，结构稳定可靠，可适用于大规模培养细胞，且能实现良好的混合和传质效果。
在本实用新型的进一步技术方案中，本实用新型的生物反应器通过对罐体内的搅拌器优化改进，可实现更好的混合和传质效果。
附图说明
图1表示本实用新型的生物反应器的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
现有技术中，大规模动物细胞培养时，生物反应器采用顶部机械搅拌装置不稳定，磁力搅拌搅拌装置搅拌效果难以满足需求，为了解决上述问题，如图1所示，本实用新型提供了一种生物反应器，包括罐体100和设置于罐体100底部的机械搅拌装置。该机械搅拌装置包括：
位于罐体100外部的传动装置200，固定于罐体100的底部；
在传动装置200驱动下转动的搅拌轴300，与传动装置200传动连接，并自罐体100的底部穿入罐体100内；以及，
在搅拌轴300带动下进行搅拌的搅拌器，设置于罐体100内部，与搅拌轴300连接。
本实用新型的生物反应器将机械搅拌装置设置于罐体100的底部，当需要大规模细胞培养，罐体100体积较大时，相较于将机械搅拌装置设置于顶部时必须增加搅拌轴300长度而导致不稳定的情况来说，搅拌轴300无需增加长度也能达到良好的混合和传质效果，更适用于大规模细胞培养。
本实施例中，搅拌器的类型可以选用推进式搅拌器、桨式搅拌器、旋桨式搅拌器、涡轮式搅拌器、锚式搅拌器、螺带式搅拌器等常见的搅拌器类型。
本实施例中，为了达到良好的混合和传质效果，适应大规模的动物细胞培养，优选的，如图1所示，该生物反应器中所采用的搅拌器包括连接在搅拌轴300上的两组搅拌桨，分别为能够在搅拌轴300带动下进行搅拌的上搅拌桨400和能够在搅拌轴300带动下进行搅拌的下搅拌桨500，其中，下搅拌桨500位于上搅拌桨400的下方。
当然可以理解的是，本实施例中生物反应器中的搅拌器采用了上、下两组搅拌桨，这仅是一种能达到最优混合和传质效果的技术方案，但本实用新型并不是对搅拌器的结构进行限制，在实际应用中，搅拌器中搅拌桨还可以为一组或两组以上，如采用自上而下连接在搅拌轴300上的三组搅拌桨等。
为了进一步达到更好的混合和传质效果，本实施例中，优选的，如图1所示，上搅拌桨400采用斜叶搅拌桨；下搅拌桨500采用平直叶搅拌桨。
其中，斜叶搅拌桨能够在随搅拌轴300转动时进行搅拌，而产生轴向液流；而平直叶搅拌桨能够在随搅拌轴300转动时进行搅拌，而产生径向液流，从而，使得罐体100内液体在罐体100内形成一个流动场，达到良好的混合和传质效果。
当然可以理解的是，本实施例中生物反应器的上搅拌桨400采用斜叶搅拌桨，下搅拌桨500采用平直叶搅拌桨，仅是一种能达到最优混合和传质效果的技术方案，但本实用新型并不是对上搅拌桨400和下搅拌桨500的类型进行限制，在实际应用中，上搅拌桨400和下搅拌桨500所选用的搅拌桨类型可以进行调整。
此外，为了适应大规模细胞培养，上搅拌桨400、下搅拌桨500以及搅拌轴300的装配尺寸可以根据罐体100的体积尺寸等进行适应调整，获得更好的混合和传质效果，本实施例中，还提供了一种上搅拌桨400、下搅拌桨500与罐体100的体积尺寸之间的优选装配方案：上搅拌桨400和下搅拌桨500的外径为罐体100的内径的30%~50%；上搅拌桨400与下搅拌桨500之间的距离为罐体100的高度的20%~30%；搅拌轴300的长度为罐体100的高度的40~50%。
此外，本实施例中，传动装置200主要包括驱动电机201、减速器202、固定支架203和轴承205等，其中，驱动电机201用于为搅拌轴300提供驱动动力；减速器202与驱动电机201连接，用于降低转速，增加转矩；驱动电机201和减速器202固定在固定支架203上，固定支架203用于将驱动电机201和减速器202固定在罐体100的底部；搅拌轴300的下端通过联轴器204与减速器202的输出轴连接，以在减速器202带动下转动，联轴器204可以起到缓冲、减震等作用，且更方便于拆卸。
此外，本实施例中，优选的，机械搅拌装置是设置于罐体100底部的中心位置，搅拌轴300贯穿于罐体100底部中心，搅拌轴300连接的上、下搅拌桨500也均位于罐体100底部中心位置，以保证罐体100内搅拌混合均匀。
本实施例，优选的，在罐体100底部中心开设用于供搅拌轴300穿过的穿孔，搅拌轴300穿过该穿孔而穿入至罐体100内，在搅拌轴300与穿孔之间采用机械密封600进行密封，以防止罐体100内液体流出，减少罐体100内动物细胞培养物的污染和安全隐患。这种机械密封600可以是目前已知的机械密封结构。
此外，还需要说明的是，本实施例中，在罐体100的内壁上与搅拌器相对应的位置可以设置若干挡板700，用于与搅拌器配合，使得罐体100内液体在罐体100内形成流动场，达到良好的混合和传质效果。挡板700的数量和尺寸由罐体100的尺寸决定，一般挡板700数量为2~4块。
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 (11)
1.一种生物反应器，其特征在于，包括罐体和设置于所述罐体底部的机械搅拌装置；所述机械搅拌装置包括：
位于所述罐体外部的传动装置，固定于所述罐体的底部；
在所述传动装置驱动下转动的搅拌轴，与所述传动装置传动连接，并自所述罐体的底部穿入所述罐体内；以及，
在所述搅拌轴带动下进行搅拌的搅拌器，设置于所述罐体内部，与所述搅拌轴连接。
2.根据权利要求1所述的生物反应器，其特征在于：所述搅拌器包括至少两组搅拌桨，至少两组搅拌桨包括：
能够在所述搅拌轴带动下进行搅拌的上搅拌桨，连接于所述搅拌轴上；
能够在所述搅拌轴带动下进行搅拌的下搅拌桨，连接于所述搅拌轴上，并位于所述上搅拌桨的下方。
3.根据权利要求2所述的生物反应器，其特征在于：所述上搅拌桨为能够在所述搅拌轴转动时进行搅拌以产生轴向液流的搅拌桨。
4.根据权利要求3所述的生物反应器，其特征在于：所述上搅拌桨的外径为所述罐体的内径的30%~50%。
5.根据权利要求2所述的生物反应器，其特征在于：所述下搅拌桨为能够在所述搅拌轴转动时进行搅拌以产生径向液流的搅拌桨。
6.根据权利要求5所述的生物反应器，其特征在于：所述下搅拌桨的外径为所述罐体的内径的30%~50%。
7.根据权利要求1所述的生物反应器，其特征在于：所述搅拌轴的长度为所述罐体的高度的40%~50%。
8.根据权利要求2所述的生物反应器，其特征在于：所述上搅拌桨与所述下搅拌桨之间的距离为所述罐体的高度的20%~30%。
9.根据权利要求1所述的生物反应器，其特征在于，所述传动装置包括：驱动电机；
与所述驱动电机传动连接的减速器，与所述搅拌轴通过联轴器传动连接；
以及，用于将所述驱动电机和所述减速器固定在所述罐体底部的固定支架。
10.根据权利要求1所述的生物反应器，其特征在于：
所述罐体的底部开设用于供所述搅拌轴穿过的穿孔；
所述搅拌轴穿过所述穿孔穿入所述罐体内，在所述搅拌轴与所述罐体的底部的穿孔之间设置有机械密封。
11.根据权利要求1至10任一项所述的生物反应器，其特征在于：所述机械搅拌装置设置于所述罐体底部的中心位置。
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