CN205062084U

CN205062084U - 导流构件及生物反应器

Info

Publication number: CN205062084U
Application number: CN201520576425.7U
Authority: CN
Inventors: 陈凌
Original assignee: Shanghai Chukun Biological Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Chukun Biological Technology Co Ltd
Priority date: 2015-08-03
Filing date: 2015-08-03
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2025-08-03

Abstract

本实用新型涉及导流构件及生物反应器。所述导流构件正视图呈工字形，包括上板、下板和连接所述上板和下板的导流筒，其中，所述导流筒两端开口分别设置在所述上板和下板上，且在所述上板和下板上设置有多个通孔。所述生物反应器，其特征在于，所述生物反应器包括外壳和本实用新型所述的导流构件。本实用新型采用的载体床层和搅拌桨的新颖结合方式，有利于减小剪切力，提高液体通量，增加溶氧效果，同时做到一个反应器在简单更换搅拌桨的情况下，用于多种培养方式。

Description

导流构件及生物反应器

技术领域

本实用新型属于细胞培养领域，具体涉及导流构件及生物反应器。

背景技术

细胞培养对于生物工程技术而言是一个必不可少的过程。细胞类型根据是否附于支持物上生长的特性，分为贴附型和悬浮型。细胞贴附在支持物表面生长，只依赖贴附才能生长的细胞叫做贴附型细胞。悬浮型细胞则不贴附在支持物上。大多数动物细胞有贴壁生长的习惯，因此离体培养常用玻璃、塑料等作为支持物。

生物反应器是进行生物制品生产的反应装置，是生物反应过程的主要设备，在生物反应过程中发挥中心作用。生物反应器有多种型式：固定床、流化床、气升式、搅拌桨式。固定床生物反应器又可分为填充床反应器、滴流床反应器和固态发酵器。固定床生物反应器中床层静止不动，流体通过床层进行反应。

发明内容

本实用新型提供一种细胞培养用片状载体，该片状载体含3－10片连接在同一轴上的页片，页片向外张开。

在一个具体实施方式中，该片状载体含3－8片页片。

在一个具体实施方式中，页片由聚酯纤维制成。

在一个具体实施方式中，页片长4～30mm，宽2～20mm，厚0.1～1mm。

在一个具体实施方式中，页片长4～15mm，宽2～8mm，厚0.1～0.5mm。

本实用新型还提供一种导流构件，该导流构件正视图呈工字形，包括上板、下板和连接所述上板和下板的导流筒，其中，所述导流筒两端开口分别设置在所述上板和下板上，且在所述上板和下板上设置有多个通孔。

在一个具体实施方式中，所述通孔的面积为0.5～2cm²。

在一个具体实施方式中，所述通孔为圆形、方形或三角形。

在一个具体实施方式中，上板和下板上通孔的密度为20～150个孔/平方分米。

在一个具体实施方式中，上板和/或下板与导流筒以可拆卸的方式(例如铆接)与导流筒相连。

在一个具体实施方式中，上板和下板之一或两者与导流筒以不可拆卸的方式(例如焊接)相连，形成一个整体。

本实用新型还提供一种生物反应器，所述生物反应器包括：

(1)外壳；和

(2)导流构件；

其中，所述导流构件置于所述外壳内部，正视图呈工字形，包括上板、下板和连接所述上板和下板的导流筒，其中，所述导流筒两端开口分别设置在所述上板和下板上，且在所述上板和下板上设置有多个通孔。

在一个具体实施方式中，所述生物反应器还包括搅拌器，用于驱动流体沿导流筒向下流动。

在一个具体实施方式中，所述搅拌器包括搅螺杆式或倾斜式搅拌桨。

在一个具体实施方式中，设置搅拌桨位于导流筒内。

在一个具体实施方式中，所述生物反应器还包括片状载体，该片状载体含3－10片连接在同一轴上的页片，页片向外张开。

在一个具体实施方式中，设置所述片状载体位于导流构件上板、下板、导流筒与生物反应器外壳所限定的内部空间中。

在一个具体实施方式中，内部空间中片状载体的量为25～45克/升。

在一个具体实施方式中，所述生物反应器被设置成在上板与反应器顶部之间以及下板与反应器底部之间留有空间，以允许流体沿着导流筒向下流动、穿过下板通孔进入所述内部空间、向上穿过上板通孔，再从导流筒流下。

在一个具体实施例中，本发明的生物反应器包括：

外壳；

置于所述外壳内的本实用新型导流构件；和

搅拌器；

其中，所述搅拌器包括螺杆式搅拌桨或倾斜式搅拌桨，所述螺杆式搅拌桨或倾斜式搅拌桨位于导流构件的导流筒的中上部，并高出导流构件的上板；

所述生物反应器被设置成在导流构件的上板与反应器顶部之间以及导流构件的下板与反应器底部之间留有空间，以允许流体沿着导流构件的导流筒向下流动后，向上穿过下板通孔进入导流构件上板、下板、导流筒与生物反应器外壳所限定的内部空间中，并向上穿过上板通孔，再从导流筒流下；

和任选的，所述生物反应器还包括填充在所述内部空间中的本实用新型所述的片状载体。

附图说明

图1显示本实用新型一个片状载体的示意图。

图2显示适用于本实用新型的生物反应器的搅拌桨的一个例子。

图3显示适用于本实用新型的生物反应器的搅拌桨的另一个例子。

图4显示本实用新型导流构件的一个例子。

图5显示本实用新型生物反应器的一个例子。

图6显示本实用新型生物反应器具体使用的一个例子。

图7显示细胞接种后糖/通气/溶解氧流加量的曲线。

图8显示病毒接入后第三天开始病毒滴度曲线。

具体实施方式

本实用新型提供一种细胞培养用片状载体，用于生物反应器内的导流构件，以及含导流构件的生物反应器。

片状载体

本实用新型的片状载体含3～10片连接于同一轴上的页片，向外张开。页片与页片之间的距离并不固定，可依据外界压力而改变。

在一个具体实施方式中，片状载体含3～8片页片。

片状载体尤其是其页片可由本领域熟知的各种聚酯纤维制成。轴既可由聚酯纤维制成，也可采用其它材料制成，但通常采用聚酯纤维制成，即页片与轴有相同材料制成，与页片形成一体的结构。

通常，页片长(即轴101长)4～30mm，宽2～20mm，厚0.1～1mm。

在某些实施例中，页片长4～20mm，宽2～12mm，厚0.1～0.8mm。

在其它实施例中，页片长4～15mm，宽2～8mm，厚0.1～0.5mm。

本实用新型的片状载体适用于哺乳动物细胞、昆虫细胞等贴壁依赖性细胞的培养，用以生产分泌型蛋白和病毒等产物。适合用本实用新型的片状载体进行培养的细胞包括但不限于VERO、CHO、BHK、MDCK、ST、MARC-145、MRC-5、SF9、HEK293、123A、127A、GAMMA及原代细胞等。

本实用新型的片状载体可以在填充床生物反应器、一次性生物反应器、培养器皿、SPINNER等生物反应器内使用，为细胞的生长提供充分的表面积。

图1显示了本实用新型片状载体的一个实例，即片状载体100。该片状载体100包含页片，如102和103。图1中，片状载体100含有5片页片。所有页片向心连接在相同的轴101上，向外张开。

导流构件

本实用新型的导流构件呈工字形，包括上板、下板和连接上板和下板的导流筒，所述导流筒开口于上板和下板上。

上板和下板上具有多个通孔，以允许流体流过。孔通常为圆形，但也可以是其它形状，如方形、三角形等。孔的面积通常在0.5～2cm²左右。每块板上孔的数量不限，密度不限，可根据生物反应器的大小、用途等确定。例如，上板和下板上孔的密度可设置为20～150个孔/平方分米。对于孔与孔之间的距离也无特殊限制，通常为等距。孔与孔之间的大小也可不同，但通常所有孔的面积都一样。上板上的孔的数量、大小与下板上的孔的数量、大小可相同或不同。

上板和下板的直径通常小于等于生物反应器外壳的内径。对上板和下板的厚度也无特殊要求。

对导流筒的直径、长度也无特别限制，可根据生物反应器的大小、搅拌桨的大小等确定。导流筒通常为圆形，当然也可以是其它合适的形状，只要其能容留搅拌器并允许流体通过即可。

导流构件通常采用不锈钢制成，当然也可采用其它材料，例如玻璃或塑料制成。

导流构件中，上板和/或下板与导流筒可以可拆卸的方式(例如铆接)与导流筒相连，或者，上板和下板之一或两者与导流筒以不可拆卸的方式(例如焊接)相连，形成一个整体。

图4示出了导流构件的一个实例，即导流构件400。导流构件400包括上板401、下板403、导流筒402以及孔404和405等。

生物反应器

本实用新型包括生物反应器，该生物反应器包括外壳和置于外壳之内的导流构件。通常，导流构件与外壳同轴。导流构件通常占据生物反应器主体高度的1/2以上，最多可与主体高度一致。生物反应器的主体指反应器外壳不包括上部和下部缩小的部分。例如，图5所示的反应器中，其主体指外壳呈圆柱体的部分。

生物反应器还可包括开口，通常位于外壳两端。可利用盖子将反应器的顶部和底部密封。盖子上可具有相应的开口和密闭构件。

图5示出了本实用新型生物反应器的一个实例。图5中，生物反应器500具有外壳501、开口502和503以及置于外壳501之内的导流构件400。

对生物反应器的外壳形状无特殊限制。通常其主体是圆柱形。生物反应器的下部内部可包括凸出的支持物(图中未示出)，用以支持导流构件。当然，在生物反应器主体下部逐渐缩小的情况下(如见图5和6)，可不设置支持物。在此情况下，导流构件能自然放置在该生物反应器内而不会下落。通常，导流构件下板与反应器底部之间留有足够的距离，以允许流体从导流构件的导流筒中流出，并向上穿过下板的通孔进入导流构件上板、下板以及导流筒以及反应器的外壳所限定的内部空间中。如图5和6所示，该内部空间用于填充本实用新型的片状载体。

生物反应器还可包括搅拌器。搅拌器通常包括搅拌桨和驱动搅拌桨运作的马达。通常，在导流构件内设置搅拌桨，用以控制流体自导流筒内从上向下流动，留出导流构件后，通过导流构件下板的孔向上流动，并通过导流构件上板的孔流出，然后再从导流构件的导流筒向下流动。通常将搅拌桨设置在导流筒的中上部，并稍微高出上板，例如高出0.5～5cm。

适用于本实用新型的搅拌桨包括但不限于采用上搅拌的螺杆式搅拌桨或倾斜式搅拌桨。图2示出了适用于本实用新型的搅拌桨的一个例子，为螺杆式搅拌桨200。图3示出了适用于本实用新型的搅拌桨的一个例子，为倾斜式搅拌桨300。搅拌桨可由置于生物反应器外的马达驱动(见图6)。

本实用新型的生物反应器中还可包括本实用新型的片状载体。如前所述，所述片状载体设置在导流构件上板、下板以及导流筒以及反应器的外壳所限定的内部空间中。

可根据生物反应器的尺寸、待培养的细胞等因素设置所述内部空间中片状载体的数量。通常，填充的片状载体的量为25～45克/升，可分多层填充。

图5示意性地显示了生物反应器500中含有的本实用新型片状载体100和搅拌桨200。应理解，图5中搅拌桨200的位置仅仅是示意性的。如前所述，通常将搅拌桨设置在导流筒的中上部，并稍微高出上板，例如高出0.5～5cm。

反应器还可包括其它的用于与外部连接的开口，用以测定例如反应器内反应物的pH、温度、DO值等。

图6示出了将本实用新型载体的片状载体填充到本实用新型的生物反应器内之后，将该反应器连接到实际生产线路中的示意图。

图6中，在搅拌桨的驱动下，流体，例如细胞培养液在搅拌桨的推进下沿导流构件向下流动，然后流过填充有片状载体的床层，为生长的细胞提供营养成分。箭头所指为流体的流动方向。

本实用新型的优点

本实用新型采用的载体床层和搅拌桨的新颖结合方式，有利于减小剪切力，提高液体通量，增加溶氧效果，同时做到一个反应器在简单更换搅拌桨的情况下，用于多种培养方式。

此外，使用本实用新型的生物反应器进行细胞培养时，还具有以下优点：

(1)培养基流过载体层，搅拌剪切力和通气气泡对细胞生长不产生影响；

(2)能高效、简单的分离培养基和细胞，收获产物和实现罐流培养；

(3)高的面积/体积比值，细胞密度高；

(4)多层的张力结构，保证培养基与细胞充分接触，有利细胞生长；

(5)细胞生长在类似于转瓶的静止状态，培养过程简单、易控制；和

(6)可以达到高密度的细胞培养，用于生产病毒、蛋白等生物制品。

下文将以具体实施例的方式阐述本发明。应理解，这些具体实施例仅仅是阐述性的，并不限定本发明的包含范围。实施例中采用的方法、试剂、细胞等都是本领域的常规方法、试剂和细胞。

实施例1、细胞密度的检测试验

清洗干净10L固流床生物反应器，连接各接头和过滤器、管道，装载片状载体250克，注入PBS，灭菌，冷却后，用10％的血清的DMEM培养基置换PBS，预培养至少24小时。

复苏VERO细胞，扩增至转3L瓶，细胞状态良好，数量在1.5亿到2.0亿/瓶。按工作体积8L，接入细胞使得细胞密度在1.0～2.5×10⁵个/毫升，控制pH在7.2，DO在35～50％，搅拌速度在100～150RPM，在8个小时后开始灌流培养，控制残糖在0.5～1.5之间。培养120小时后，停止培养。分别在床层的上中下各随机取3个点，每个点取32片，消化细胞，计数细胞的数量。

载体细胞密度试验数据如下表1：

表1

实施例2、在细胞BSR上培养SAD疫苗的试验

清洗干净30L固流床生物反应器，连接各接头和过滤器、管道，装载载体1000克，注入PBS，灭菌、冷却后，用10％的血清的DMEM培养基置换PBS，预培养至少24小时。

复苏BSR细胞，扩增至转3L瓶，细胞状态良好，数量在1.5亿到2.0亿/瓶。按工作体积30L，接入细胞使得细胞密度在1.0～2.5×10⁵个/毫升，控制pH在7.2，DO在35～50％，搅拌速度在100～150RPM，在8个小时后开始灌流培养，控制残糖在0.5～1.5之间，培养120小时后，换成无血清的DMEM,并且接入伪狂犬病SAD毒株，在第三天后开始对灌流收获液中的病毒进行检测。

在培养过程中对灌流培养液中的相关参数进行检测，以监控细胞生长的状态。

SAD病毒接入后，检测相关参数的值，监测病毒产生情况。

结果显示在图7和图8中。

Claims

1.一种导流构件，其特征在于，所述导流构件正视图呈工字形，包括上板、下板和连接所述上板和下板的导流筒，其中，所述导流筒两端开口分别设置在所述上板和下板上，且在所述上板和下板上设置有多个通孔。

2.如权利要求1所述的导流构件，其特征在于，所述导流构件具有以下一个或多个特征：

(1)所述通孔的面积为0.5～2cm²；

(2)所述通孔为圆形、方形或三角形；

(3)上板和下板上通孔的密度为20～150个孔/平方分米；和

(4)上板和/或下板与导流筒以可拆卸或不可拆卸的方式与导流筒相连。

3.一种生物反应器，其特征在于，所述生物反应器包括：

(1)外壳；和

(2)置于所述外壳内的权利要求1或2所述的导流构件。

4.如权利要求3所述的生物反应器，其特征在于，所述生物反应器还具有以下一个或多个特征：

(1)还包括搅拌器，用于驱动流体沿导流筒向下流动；

(2)还包括片状载体，其中所述片状载体含3－10片连接在同一轴上的页片，页片向外张开；和

(3)被设置成在导流构件的上板与反应器顶部之间以及导流构件的下板与反应器底部之间留有空间，以允许流体沿着导流构件的导流筒向下流动后，向上穿过下板通孔进入导流构件上板、下板、导流筒与生物反应器外壳所限定的内部空间中，并向上穿过上板通孔，再从导流筒流下。

5.如权利要求4所述的生物反应器，其特征在于，所述片状载体具有以下一个或多个特征：

(1)所述片状载体含3－8片页片；

(2)所述页片由聚酯纤维制成；和

(3)所述页片长4～30mm，宽2～20mm，厚0.1～1mm。

6.如权利要求5所述的生物反应器，其特征在于，所述页片长4～15mm，宽2～8mm，厚0.1～0.5mm。

7.如权利要求4所述的生物反应器，其特征在于，所述生物反应器具有以下任意一个或全部两个特征：

(a)所述搅拌器包括搅拌桨和马达；和

(b)所述片状载体位于导流构件上板、下板、导流筒与生物反应器外壳所限定的内部空间中。

8.如权利要求7所述的生物反应器，其特征在于，所述生物反应器具有以下任意一个或全部两个特征：

(i)搅拌桨至少部分位于导流筒内；和

(ii)所述搅拌桨选自螺杆式搅拌桨和倾斜式搅拌桨。

9.一种生物反应器，其特征在于，所述生物反应器包括：

外壳；

置于所述外壳内的权利要求1或2所述的导流构件；和

搅拌器；

其中，所述搅拌器包含螺杆式搅拌桨或倾斜式搅拌桨，所述螺杆式搅拌桨或倾斜式搅拌桨位于导流构件的导流筒的中上部，并高出导流构件的上板；

任选的，所述生物反应器还包括填充在所述内部空间中的片状载体，其中所述片状载体含3－10片连接在同一轴上的页片，页片向外张开。

10.如权利要求9所述的生物反应器，其特征在于，所述片状载体具有以下一个或多个特征：

(1)所述片状载体含3－8片页片；

(2)所述页片由聚酯纤维制成；和

(3)所述页片长4～30mm，宽2～20mm，厚0.1～1mm。