CN205576152U - 中试规模台式动物细胞生物反应器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种中试规模台式动物细胞生物反应器，其包括：用于容置培养液的罐体，用以向所述罐体内通入恒压无菌气体的通气组件，用于对所述罐体内的培养液进行温度控制的温度控制组件，用于混合所述罐体内培养液的搅拌组件，用于监控所述罐体内培养液的监控检测组件，以及用于控制所述反应器内各组件运行状态的电气控制柜；其中所述通气组件、温度控制组件、搅拌组件，监控检测组件和电气控制柜均与所述罐体连接。本实用新型结构简单，操作方便，能够直接放置于普通实验台使用，并可直接在实验室常规灭菌锅内灭菌，能够重复使用，系统稳定、经济实用，能够符合GMP标准，可以实现各种动物细胞中试规模的培养和生产。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种细胞培养装置，特别涉及一种中试规模台式动物细胞生物反应器。
背景技术
动物细胞的培养大致有贴壁培养、悬浮培养、微载体悬浮培养等方式。在动物细胞的培养过程中，细胞培养生物反应器是整个过程的关键设备，它为细胞提供适宜的生长环境，并对细胞培养产率起着关键的影响。
动物细胞培养生物反应器一般可分为搅拌式生物反应器、中空纤维生物反应器、流化床，固定床和堆积床生物反应器、气升式生物反应器、揺床式生物反应器、旋转式生物反应器和膜生物反应器等，其中机械搅拌式生物反应器最为常用。
传统的搅拌式生物反应器依靠搅拌桨提供液相均匀分布的动力，操作范围大，可以根据罐体工作总体积分类。其中，14升以下为台式生物反应器，可以在实验台上使用，一般罐体材质是玻璃或塑料，可以反复使用或一次性使用，使用高压灭菌锅灭菌。14升至50升的搅拌式生物反应器罐体基本都是使用不锈钢或塑料，由于罐体体积和质量较大，必须通过不锈钢支架固定，通产需要占用10平米以上的空间。罐体可以反复使用或一次性使用，其中不锈钢罐体均通过蒸汽在位灭菌，需要配备蒸汽发生器等辅助设备，且管路复杂，操作流程繁琐。超过50升的搅拌式生物反应器已经进入工业级生物反应器，所需管路与辅助设备更为复杂。
对于实验室或小型生产车间而言，希望进行中试规模实验或通过细胞培养生产一定数量的表达产物是比较困难的，不仅需要配备复杂的管路设备，还需要对台式反应器的操作人员重新进行培训，而使用一次性生物反应器则大幅增加了耗材成本。
发明内容
针对现有技术的不足，本实用新型的主要目的在于提供一种中试规模台式动物细胞生物反应器。
为实现前述发明目的，本实用新型采用的技术方案包括：
一种中试规模台式动物细胞生物反应器，其包括：用于容置培养液的罐体，用于向所述罐体内通入恒压无菌气体的通气组件，用于对所述罐体内的培养液进行温度控制的温度控制组件，用于混合所述罐体内的培养液的搅拌组件，用于监控所述罐体内培养液的监控检测组件，以及用于控制所述反应器内各组件运行状态的电气控制柜；所述通气组件、温度控制组件，搅拌组件和监控检测组件还均与所述电气控制柜及所述罐体连接。
进一步的，所述罐体容积为20L～50L，优选为40L～50L。
更进一步的，所述反应器最大培养体积为20L～50L，最小培养体积可为2.5L。
进一步的，所述罐体上部一体设置有4～12个玻璃开口，以供物料、气体进出和传感器进出，并实现罐体内外的无菌连接。
所述罐体底部为平底，能够自身稳定的置于实验台面上，也可设计为圆底或是其他形状，但需配置简易支架用于反应器固定。
所述罐体的材质可选自玻璃、PP(聚丙烯)等，其轻便结实，符合生物安全性要求，可以重复灭菌使用。
进一步的，所述罐体的高径比为3.0:1.0～2.0:1.5。优选的，所述罐体主要由一个一体化的瘦长型圆柱筒体构成，其能够整体放入实验室常规标准的高温灭菌锅进行灭菌。
进一步的，所述监控检测组件包括温度电极、溶氧电极和pH电极，同时所述罐体上设有与所述温度电极、溶氧电极和pH值电极配合的温度电极口、溶氧电极口和pH值电极口。
进一步的，所述罐体上设有搅拌开口，所述搅拌组件的搅拌轴设于所述搅拌口内并与所述罐体密封连接，所述搅拌轴上连接有两个以上桨叶，所述桨叶分布在所述罐体内。
进一步的，所述桨叶数量在4个以下，优选为2个。
进一步的，所述通气组件包括气体分布器、进气管道和出气管道，同时所述罐体上设有与所述进气管道配合的至少一个进气口，与所述出气管道配合的至少一个出气口，所述气体分布器设于所述罐体内腔下部，且高度比所述搅拌组件的搅拌桨低2mm～3mm。
进一步的，所述罐体上还设有至少一个进料口，至少一个补料口，至少一个出料口和至少一个酸碱补料口或消泡剂口。
进一步的，所述反应器的进气、出气通道和电极插口均通过与所述罐体一体设置的玻璃开口，仅有搅拌桨入口使用不锈钢配件支撑，以减轻罐体总重量。
进一步的，所述温度控制组件包括温度加热组件，所述加热组件包括电热毯。优选的，所述加热组件使用PID(Proportion Integration Differentiation，比例-积分-微分控制)加热控制方式。
进一步的，所述通气组件、温度控制组件、搅拌组件，监控检测组件均与设置于所述电气控制柜内的相应控制模块连接，同时所述电气控制柜还包括与所述控制模块连接的触控屏。
与现有技术相比，本实用新型的优点包括：该中试规模台式动物细胞生物反应器能够直接放置于普通实验台使用，并可直接在实验室常规灭菌锅内灭菌，能够重复使用，可以广泛用于实验室和工厂，操作简便、系统稳定、经济实用，且能够符合GMP标准，可以实现各种动物细胞中试规模的培养和生产。
附图说明
图1是本实用新型实施例1中一种中试规模台式动物细胞生物反应器的剖视图；
图2是本实用新型实施例1中一种中试规模台式动物细胞生物反应器的俯视图；
图3为实施例1中培养Sf9细胞的生长曲线图；
附图标记说明：1-玻璃罐体，2-气体分布器，3-搅拌桨，4-标准螺口，5-固定瓶盖，6-标准电极口，7-进气口，8-密封圈，9-磁流体密封，10-伺服电机机架，11-伺服电机。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本实用新型的技术方案。如下将结合实施例及附图对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
实施例1：本实施例提供的一种中试规模动物细胞生物反应器可以用于实验室内台式悬浮培养30L Sf9细胞并接种杆状病毒。
请参阅图1，所述中试规模动物细胞生物反应器包括大型罐体、通气组件、温度控制组件、搅拌组件、培养液监控检测组件和电气控制柜。
所述培养液监控检测组件包括温度电极(亦称温度传感器)、溶氧电极(亦称DO传感器)和pH电极(亦称pH传感器)等。
所述通气组件包括气体分布器、进气管道和出气管道等。
下面分别详细说明各部件的结构及其功能：
大型罐体，总体积为40～50升，优选为40升。可以使用玻璃材质或PP材质，优选为玻璃材质。罐体直径为330毫米，高为500毫米，高径比为1.52，最小培养体积为7.5升。
所述罐体顶部中心设有搅拌开口且在罐体顶部直径1/2～3/4处有4～8个标准柱状玻璃开口，优选为8个(参阅图2)，更佳的，在其开孔与连通管间配备标准无菌接头PG13.5。这些开口包括至少一个进料口，用于向反应器内接入上级种子罐的培养物；至少一个补料口，用于培养过程快速补料；至少一个出料口，用于培养结束培养液的排出；至少一个进/出气口，用于向反应器内引入恒压无菌气体，所述气体分布器置于反应器的底部，且低于搅拌桨约2～3mm；至少一个酸碱补料或消泡剂口，用于实时调节培养过程的pH值与消泡。同时，顶部还至少设有一个温度电极开口，用于实时测量反应区内的液体温度；至少设有一个pH值电极开口，用于实时测量反应区内液体的pH值；至少设有一个DO电极开口，用于实时测量反应区内液体的DO。
通气组件，包括用于将进气管道中的气体通入罐体表层的表层通气管道和用于将进气管道中的气体通入罐体深层的深层通气管道。气体分布器可以用环管、直通管或微泡通气管，本实施例优选为环管。
温度控制组件，使用电热毯加热。
搅拌组件，使用伺服电机，上磁力搅拌。罐体与搅拌组件之间采用磁流体密封，以保证动物细胞培养过程的无菌。搅拌转速范围为0～200rpm。最大可以安装搅拌桨4个，本实施例优选为2个。搅拌桨桨型可根据不同的动物细胞采用斜叶桨、弯叶桨、螺旋桨等，其直径一般为罐体顶端搅拌开口的60-95％。本实施例优选采用2个斜三叶桨，倾角40度，底部为顺时针旋转，中部为顺时针旋转。
培养液监控组件，包括但不限于温度传感器、pH值传感器、DO传感器，称重传感器。本实施例优选温度传感器和DO传感器。
电气控制柜，包含如下各控制模块：温度控制模块、pH值控制模块、DO控制模块、搅拌控制模块、消泡控制模块、通气控制模块、进出液控制模块等。
进一步的，所述电气控制柜具体可以包括：四气控制模块，用于控制氧气、氮气、二氧化碳和空气的合理进入；温度、pH值、DO和称重等传感器的变送器；搅拌马达变送器；电热毯控制模块；0-4个小型定速蠕动泵；PLC和触摸屏等。显然的，这些控制模块可采用业界已知的任何合适硬件构成，而其工作方式等也是业界悉知的。
利用本实施例的中试规模动物细胞生物反应器，可以实现Sf9细胞的良好培养，例如Sf9细胞的生长曲线可参阅图3所示。
应当理解，上述实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种中试规模台式动物细胞生物反应器，其特征在于包括：用于容置培养液的罐体，用于向所述罐体内通入恒压无菌气体的通气组件，用于对所述罐体内的培养液进行温度控制的温度控制组件，用于混合所述罐体内的培养液的搅拌组件，用于监控所述罐体内培养液的监控检测组件，以及用于控制所述反应器内各组件运行状态的电气控制柜；所述通气组件、温度控制组件，搅拌组件和监控检测组件还均与所述电气控制柜及所述罐体连接。
2.根据权利要求1所述的中试规模台式动物细胞生物反应器，其特征在于：所述罐体的容积为20L-50L；和/或，所述罐体的高径比为3.0:1.0～2.0:1.5。
3.根据权利要求1所述的中试规模台式动物细胞生物反应器，其特征在于：所述罐体上部一体设置有4～12个玻璃开口，以供物料、气体进出和传感器进出。
4.根据权利要求1所述的中试规模台式动物细胞生物反应器，其特征在于：所述监控检测组件包括温度电极、溶氧电极和pH值电极，同时所述罐体上设有与所述温度电极、溶氧电极和pH值电极配合的温度电极口，溶氧电极口和pH值电极口。
5.根据权利要求1所述的中试规模台式动物细胞生物反应器，其特征在于：所述罐体上设有搅拌开口，所述搅拌组件的搅拌轴设于所述搅拌口内并与所述罐体密封连接，所述搅拌轴上连接有两个以上桨叶，所述桨叶分布于所述罐体内。
6.根据权利要求5所述的中试规模台式动物细胞生物反应器，其特征在于：所述桨叶的数量在4个以下。
7.根据权利要求1所述的中试规模台式动物细胞生物反应器，其特征在于：所述通气组件包括气体分布器、进气管道和出气管道，同时所述罐体上设有与所述进气管道配合的至少一个进气口，与所述出气管道配合的至少一个出气口，所述气体分布器设于所述罐体内腔下部，且高度比所述搅拌组件的搅拌桨低2mm～3mm。
8.根据权利要求1所述的中试规模台式动物细胞生物反应器，其特征在于：所述罐体上还设有至少一个进料口，至少一个补料口，至少一个出料口和至少一个酸碱补料口或消泡剂口。
9.根据权利要求1所述的中试规模台式动物细胞生物反应器，其特征在于：所述温度控制组件包括温度加热组件，所述加热组件包括电热毯。
10.根据权利要求1所述的中试规模台式动物细胞生物反应器，其特征在于：所述通气组件、温度控制组件、搅拌组件，监控检测组件均与设置于所述电气控制柜内的相应控制模块连接，同时所述电气控制柜还包括与所述控制模块连接的触控屏。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107523500A (zh) * | 2017-10-16 | 2017-12-29 | 天信和(苏州)生物科技有限公司 | 一种三合一生物反应器 |
| CN111534420A (zh) * | 2020-04-07 | 2020-08-14 | 天津大学 | 一种生物反应器 |
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2016
- 2016-03-09 CN CN201620179749.1U patent/CN205576152U/zh active Active
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