CN203403095U - 一种用于生物反应器的细胞培养床 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了医药设备领域的一种用于生物反应器的细胞培养床，该细胞培养床置于一罐体内，包括导流筒、多孔圆管和多级调速搅拌器，所述多孔圆管在所述导流筒的底部与所述导流筒同心相接，所述多级调速搅拌器从所述多孔圆管的底部插入所述多孔圆管；所述导流筒的顶部设有围绕所述导流筒圆周的上固定板，所述多孔圆管的底部设有围绕所述多孔圆管圆周的下固定板，所述上固定板和所述下固定板均为多孔板，所述上固定板的底面和所述下固定板的顶面之间填充由细胞培养载体组成的填料，所述填料的高度最多为所述上固定板底面和所述下固定板顶面之间距离的三分之二。其技术效果是：用该细胞培养床进行细胞培养时，细胞和细胞培养载体不易冲出，且细胞生长速度一致。

Description

一种用于生物反应器的细胞培养床

技术领域

本实用新型涉及医药设备领域的一种用于生物反应器的细胞培养床。

背景技术

目前用于生物反应器的细胞培养床，主要分为流化床和固定床。固定床是在一个在罐体中装配固定的容器，该容器中间装填有由细胞培养载体组成的填料来进行细胞培养，所述细胞培养载体通常是直径2-6mm颗粒载体、多孔球或者片状纤维。细胞培养液循环通过所述固定床，细胞培养液依靠搅拌器在搅拌中产生的负压不断在细胞培养床内流动，以进行营养成分和氧的传递。刚接种的细胞生长在所述细胞培养载体的表面，随着细胞增殖，细胞开始充满细胞培养载体间的空隙。固定床内细胞培养液流动速度大，细胞生长密度高，可减少无血清培养时的蛋白的用量，适用于增殖悬浮细胞。细胞不会因为机械剪切力的作用而受到损害。但是，由于细胞培养载体构成的填料被上固定板和下固定板压紧，细胞的代谢产物及死细胞很难排出，同时细胞培养液不均匀的流动而造成沟流现象和营养分布不均匀，细胞生长速度一致性差。

流化床包括罐体和搅拌器等，通过所述搅拌器在所述罐体内产生向上流动的漩流，使支持细胞生长的细胞培养液呈流态化，并使内部装填的细胞培养载体上下翻动，依附细胞培养载体生长的大量细胞在悬浮状态生长。流化床内细胞培养液的流动性好，细胞的生长所需的营养在流化床内分布均匀，细胞生长一致性好，但容易使细胞和细胞培养载体冲出，同时随着细胞的增多，细胞在流化床内悬浮态变差。同时流化床的规模无法放大，现有流化床的深度最大为仅为2m左右，横截面积最大规模仅为1m³。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种用于生物反应器的细胞培养床，其既能够克服流化床进行细胞培养时，细胞和细胞培养载体容易冲出，造成提取的上清液残存中细胞和细胞培养载体较多的缺陷，又能克服采用固化床进行细胞培养时，细胞生长速度不一致的缺陷。

实现上述目的的一种技术方案是：一种用于生物反应器的细胞培养床，该细胞培养床置于一罐体内，包括导流筒、多孔圆管和多级调速搅拌器，所述多孔圆管在所述导流筒的底部与所述导流筒同心相接，所述多级调速搅拌器从所述多孔圆管的底部插入所述多孔圆管；

所述导流筒的顶部设有围绕所述导流筒圆周的上固定板，所述多孔圆管的底部设有围绕所述多孔圆管圆周的下固定板，所述下固定板的外圆周与所述罐体的内壁固定，所述上固定板和所述下固定板均为多孔板，所述上固定板的底面和所述下固定板的顶面之间填充由细胞培养载体组成的填料，所述填料的高度最多为所述上固定板底面和所述下固定板顶面之间距离的三分之二。

进一步的，该细胞培养床内还包括围绕所述导流筒和所述多孔圆管圆周均布的偶数根导流管，所述的偶数根导流管贯穿所述上固定板和所述下固定板，所述的偶数根导流管中相互间隔地插接有第一通气管。

再进一步的，任意一根所述的导流管的管壁上都设有围绕所述导流管圆周均布的偶数列第一径向通孔。

更进一步的，任意一根所述的导流管的管壁上，任意相邻两列的所述第一径向通孔均是相错布置的。

再进一步的，所述导流筒和所述多孔圆管内插接有紧贴所述导流筒内壁的第二通气管，所述第二通气管顶面的高度低于所述第一通气管顶面的高度。

更进一步的，所述第二通气管通过位于所述导流筒顶面的滤网固定。

进一步的，所述多孔圆管的顶部呈上小下大的喇叭口形。

进一步的，该细胞培养床内还包括位于所述上固定板和所述下固定板之间的上挡板和下挡板，所述上挡板和所述下挡板的直径小于所述下固定板的直径，所述上挡板和所述下挡板均为多孔板，所述填料的顶面低于所述上挡板的底面，高于所述下挡板的顶面。

采用了本实用新型的一种用于生物反应器的细胞培养床的技术方案，即固定床类的细胞培养床内的填料的高度最多为该细胞培养床高度的三分之二的技术方案。其技术效果是：其既能够克服流化床进行细胞培养时，细胞和细胞培养载体容易冲出，造成提取的上清液残存的细胞和细胞培养载体较多的缺陷，又能克服采用固化床进行细胞培养时，细胞生长速度不一致的缺陷。

附图说明

图1为本实用新型的一种用于生物反应器的细胞培养床的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1，本实用新型的发明人为了能更好地对本实用新型的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例，并结合附图进行详细地说明：

请参阅图1，本实用新型的一种用于生物反应器的细胞培养床属于固定床，置于一个罐体1内，包括：导流筒21、多孔圆管22、多级调速搅拌器3、上固定板41、上挡板42、下挡板43、下固定板44、导流管51，第一通气管52、第二通气管23和滤网24。

导流筒21和多孔圆管22均位于该细胞培养床的中心，多孔圆管22的顶部通过焊接与导流筒21的底部固定。导流筒21和多孔圆管22是同心设置的。多孔圆管22的管壁上均布有第二径向通孔（图中未显示）。多孔圆管22的顶部呈上小下大的喇叭口形。这样设计有利于细胞培养液在细胞培养床内的流动，多级调速搅拌器3从多孔圆管22的底部伸入多孔圆管22。多级调速搅拌器3的桨叶31为平形桨叶或者螺旋形桨叶，以改善细胞培养液在该细胞培养床内的流动状况。

第二通气管23紧贴导流筒21的内壁，从导流筒21的顶部伸入导流筒21，穿过整个导流筒21，伸入多孔圆管22。第二通气管23是通过滤网24固定的，滤网24固定在导流筒21的顶面上。

上固定板41、上挡板42、下挡板43、下固定板44是沿着竖直方向从上到下依次设置的。其中上固定板41是围绕导流筒21的顶部设置的，上挡板42是围绕导流筒21的中部设置的，下挡板43是围绕导流筒21的底部设置的，下固定板44是围绕多孔圆管22的底部设置的。上固定板41底面是该细胞培养床顶面，下固定板44顶面为该细胞培养床底面，上固定板41底面与下固定板44顶面之间的距离为该细胞培养床的高h。其中，上挡板42顶面与上固定板41底面之间的距离小于等于该细胞培养床的高h的三分之一，下挡板43底面和下固定板44顶面之间的距离小于等于该细胞培养床的高h的二分之一。同时上固定板41、上挡板42和下挡板44的直径小于下固定板44的直径。因此，下固定板44的外圆周与罐体1的内壁固定，上固定板41、上挡板42和下挡板43与罐体1内壁之间都留有围绕其外圆周的间隙。下固定板44底面与罐体1底面之间形成回流腔11。

本实施例中，上固定板41、上挡板42、下挡板43、下固定板44都是用的都是多孔板，选用不锈钢或塑料制成。上固定板41、上挡板42、下挡板43、下固定板44优选的材料为多孔聚乙烯板、多孔聚丙烯板和多孔EFTE（聚乙烯-聚四氟乙烯共聚物）板。

导流管51围绕导流筒21和多孔圆管22的圆周均布，且导流管51的数量为偶数。所有的导流管51均依次贯穿上固定板41、上挡板42、下挡板43和下固定板44。第一通气管52相互间隔地插入导流管51，即插有第一通气管52的导流管51和未插有第一通气管52的导流管51是间隔分布的。

其中第一通气管51顶面的高度高于第二通气管23顶面的高度。

所有的导流管51的管壁上，围绕导流管51的圆周均布有若干列第一径向通孔（图中未显示），任意相邻的两列所述的第一径向通孔是相错布置的。因此，每根导流管51上的第一径向通孔的列数是偶数列。

该细胞培养床中还填充有细胞培养载体组成的填料6。本实施例中，细胞培养载体采用的是片状纤维载体。填料6的高度d为该细胞培养床高度h的二分之一到三分之二，即下固定板44顶面到上固定板41底面距离的二分之一到三分之二，即填料6的顶面要高于下挡板43顶面的高度而低于上挡板42底面的高度，以使细胞培养床内的空间得到充分地利用。

该细胞培养床中，细胞培养液从导流管51和导流筒21加入该细胞培养床，细胞培养液在各个导流管51内形成向下流动的漩流，该向下流动的漩流从各个导流管51的底部冲出。细胞培养液也在导流筒21中形成向下流动的漩流，该向下流动的漩流流经导流筒21和多孔圆管22，从多孔圆管22的底部冲出，从各个导流管51和从多孔圆管22底部冲出的向下流动的漩流，在多级调速搅拌器3的作用下，在回流腔11内形成了向上流动的漩流。

由于上固定板41、上挡板42、下挡板43、下固定板44都为多孔板，该向上流动的漩流从下固定板44的底部进入填料6，为填料6中细胞培养载体内的细胞提供营养和溶解氧。该向上流动的漩流的继续向上流动，流经下挡板43、上挡板42和上固定板41，或者围绕下挡板43、上挡板42和上固定板41的间隙，流出该细胞培养床，完成细胞培养液在细胞培养床内的一次循环。围绕下挡板43、上挡板42和上固定板41的间隙是由于下挡板43、上挡板42和上固定板41的直径小于下固定板44的直径而形成的。

本实施例中，多级调速搅拌器3具有多级调速的功能，通过改变多级调速搅拌器3的搅拌速度，可以改变该向上流动的漩流在填料6中向上的运动速度。当多级调速搅拌器3处于零档时，细胞培养床内无法形成向上流动的漩流。当多级调速搅拌器3的旋转速度处于最低速的一档时，该向上流动的漩流向上流动的速度低于填料6内细胞培养载体的冲出点，填料6中的细胞培养载体中可以在细胞培养床内沉降下来，形成类似固定床培养的培养方式。此时填料6中的细胞培养载体之间存在间隙，并且可以观察到填料6中的细胞培养载体在进行微小的晃动，这种晃动有助于使细胞培养液在填料6均匀分布，比现有的固定床培养方式优越。

多级调速搅拌器3的旋转速度上升，即多级调速搅拌器3的旋转速度处于最高速的第N档时，该向上流动的漩流向上流的速度高于填料6中的细胞培养载体的沉降速度。由于填料6中的细胞培养载体处于悬浮状态，形成类似于流化床培养的培养方式。由于上固定板41、上挡板42、下挡板43和下固定板44所采用的多孔板，其孔径均小于填料6中的细胞培养载体的直径，填料6中的细胞培养载体受到上挡板42和上固定板41的两层阻隔，而不会冲出该细胞培养床，保证了上固定板41顶面的上方是清液。

该细胞培养床固定床培养方式为主，间歇而短暂地改变多级调速搅拌器3的旋转速度，使填料6中的细胞培养载体处于悬浮状态，形成类似于流化床培养方式，使细胞反应器内的细胞培养液和代谢产物均质化。该细胞培养床优选的培养程序可设定为：固定床培养方式培养1-3小时，流化床培养方式培养1-3分钟，多级调速搅拌器3停止搅拌0.5-1分钟，再利用固定床培养方式进行细胞培养1-3小时。

该细胞培养床可实现高密度的细胞培养，细胞密度可达10⁸个/ml以上，且可以进行长时间连续流华培养，即通过连续往该细胞培养床中供给细胞培养液和溶解氧，同时该细胞培养床输出上清液，从而实现细胞的连续培养。由于多孔圆管22上的第二径向通孔的孔径也小于填料6中的细胞培养载体的直径，因此该细胞培养床中的上固定板41、下固定板42和多孔圆管22都具有阻隔作用，将填料6中的细胞培养载体限制在一个封闭的空间中，使得上层清液的提取更为方便。

该细胞培养床中，导流管51的管壁上第一径向通孔的作用在于：在竖直方向上保证填料6内细胞培养液的均匀性，导流管51的管壁上任意相邻两列的第一径向通孔相错布置，可以进一步提高在竖直方向上保证细填料6内溶解氧和细胞培养液的均匀性。在所有的导流管51中有一半的导流管51中插有第一通气管52，其一方面可以用外来的氧气对细胞培养床进行深层通气，另外一方面从第一通气管52输入的氧气，冲出第一通气管52和导流管51，其中的气泡，经过多级调速搅拌器3的搅拌后，溶解在细胞培养液中，形成溶解氧，通过对填料6底部的下固定板44，进入填料6，对在填料6的细胞培养载体中进行培养的细胞进行供氧，而不是直接通过导流管51上的第一径向通孔进入填料6。由于在深层通气过程产生的氧气的气泡已在多级调速搅拌器3的搅拌下，溶解在细胞培养液中，这样减少了气泡对在填料6的细胞培养载体中进行培养细胞的损伤。导流管51上的第一径向通孔限制了从第一通气管52输入的氧气中的气泡直接从导流管51上的第一径向通孔进入填料6。

多孔圆管22的作用还在于：将填料6中的细胞培养载体多级调速搅拌器3隔开，以防止多级调速搅拌器3的机械剪切力对填料6中的细胞培养载体内的细胞产生损伤。同时细胞在细胞培养载体内部生长，有良好的群体效应，不易脱落。另外一方面，在该细胞培养床以固化床方式进行培养时，细胞代谢产物及死细胞可以在多级调速搅拌器3的作用下，从多孔圆管22上的第二径向通孔排出。

因此，填料6中细胞培养液进入和细胞代谢产物排出的路径是不同的。

第二通气管23的顶面的高度低于罐体1顶部上层清液液面的高度，以将上层清液中的溶解氧对该生物反应器进行深层通气，进一步保证细胞培养所需的氧气的供应。滤网24固定第二通气管23的同时，还过滤上层清液中由于细胞呼吸作用产生的，从上固定板41外圆周与罐体1内壁之间的间隙涌出的，含有二氧化碳粘稠泡沫，防止含有二氧化碳粘稠泡沫回流到细胞培养床的底部，从而影响对在填料6的细胞培养载体中进行培养细胞的供氧。

由于该细胞培养床还通过在第一导流管51内插入第一通气管52，解决了深层通气的问题，因此其放大潜能好，并可在该细胞培养床内实现高密度的细胞培养，细胞密度可达10⁸个/ml以上；还可以进行长时间连续的细胞培养。该细胞培养床，尤其适合于无血清培养，长时间连续灌流，长时间收获细胞代谢产物。使用本实用新型的一种用于生物反应器的细胞培养床，生物反应器的容积可至少达到500L。

Claims (8)

1.一种用于生物反应器的细胞培养床，该细胞培养床置于一罐体（1）内，其特征在于：包括导流筒（21）、多孔圆管（22）和多级调速搅拌器（3），所述多孔圆管（22）在所述导流筒（21）的底部与所述导流筒（21）同心相接，所述多级调速搅拌器（3）从所述多孔圆管（22）的底部插入所述多孔圆管（22）；

所述导流筒（21）的顶部设有围绕所述导流筒（21）圆周的上固定板（41），所述多孔圆管（22）的底部设有围绕所述多孔圆管（22）圆周的下固定板（44），所述下固定板（44）的外圆周与所述罐体（1）的内壁固定，所述上固定板（41）和所述下固定板（44）均为多孔板，所述上固定板（41）的底面和所述下固定板（44）的顶面之间填充由细胞培养载体组成的填料（6），所述填料（6）的高度最多为所述上固定板（41）底面和所述下固定板（44）顶面之间距离的三分之二。

2.根据权利要求1所述的一种用于生物反应器的细胞培养床，其特征在于：该细胞培养床内还包括围绕所述导流筒（21）和所述多孔圆管（22）圆周均布的偶数根导流管（51），所述的偶数根导流管（51）贯穿所述上固定板（41）和所述下固定板（44），所述的偶数根导流管（51）中相互间隔地插接有第一通气管（52）。

3.根据权利要求2所述的一种用于生物反应器的细胞培养床，其特征在于：任意一根所述的导流管（51）的管壁上都设有围绕所述导流管（51）圆周均布的偶数列第一径向通孔。

4.根据权利要求3所述的一种用于生物反应器的细胞培养床，其特征在于：任意一根所述的导流管（51）的管壁上，任意相邻两列的所述第一径向通孔均是相错布置的。

5.根据权利要求2所述的一种用于生物反应器的细胞培养床，其特征在于：所述导流筒（21）和所述多孔圆管（22）内插接有紧贴所述导流筒（21）内壁的第二通气管（23），所述第二通气管（23）顶面的高度低于所述第一通气管（52）顶面的高度。

6.根据权利要求5所述一种用于生物反应器的细胞培养床，其特征在于：所述第二通气管（23）通过位于所述导流筒（21）顶面的滤网（24）固定。

7.根据权利要求1所述一种用于生物反应器的细胞培养床，其特征在于：所述多孔圆管（22）的顶部呈上小下大的喇叭口形。

8.根据权利要求1所述的一种用于生物反应器的细胞培养床，其特征在于：该细胞培养床内还包括位于所述上固定板（41）和所述下固定板（44）之间的上挡板（42）和下挡板（43），所述上挡板（42）和所述下挡板（43）的直径小于所述下固定板（44）的直径，所述上挡板（42）和所述下挡板（43）均为多孔板，所述填料（6）的顶面低于所述上挡板（42）的底面，高于所述下挡板（43）的顶面。