CN208898901U - 固定床和悬浮两用生物反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种固定床和悬浮两用生物反应器，包括罐体以及搅拌组件，所述搅拌组件包括驱动电机、搅拌轴以及搅拌机构，所述搅拌轴与罐体之间设置有磁流体密封装置，所述搅拌轴的第一端设置于管体外部并与驱动电机传动连接，所述搅拌轴的第二端经至少一个连接机构与所述搅拌机构连接，所述连接机构经第一螺纹紧固件可拆卸地固定于搅拌轴上，且所述连接机构于搅拌轴上的位置可调；所述搅拌机构包括象耳桨、旋转过滤器、提升式搅拌桨、篮式搅拌桨中的至少一者。本实用新型可实现在一台生物反应器上实现固定床培养和悬浮培养模式的自由转换，大大降低了企业的设备成本和设备空置率，也为用户工艺摸索初期确定培养方式提供有力的设备支持。

Description

固定床和悬浮两用生物反应器

技术领域

本实用新型涉及一种生物反应器，特别涉及一种固定床和悬浮两用生物反应器，属于细胞培养设备技术领域。

背景技术

目前，动物细胞表达体系产生的单克隆抗体、疫苗、蛋白质、生长因子等高附件值医药产品具有广阔的市场应用前景。细胞生物反应器成为医药产业发展的关键工程设备，决定了企业的成本投入、生产规模和产品品质。

根据搅拌、通气、细胞截留的不同，生物反应器分为悬浮式式、固定床式、流化床式、多管式、转框式、中空纤维式、气升式、自吸式、塔式、膜反应器、微型生化反应器(反相胶束微反应器、聚合物微反应器、微条反应器)等类型，但市面上仍以悬浮式和固定床式生物反应器为主。

固定床式反应器具有以下优势：(1)固定床内的片状载体为细胞细胞生长提供高的表面积，减少对细胞的损伤；(2)搅拌和通气产生的气泡与细胞不直接接触，避免气泡破碎对细胞的损伤；(3)固定床内的结构设计更利于细胞贴壁；(4)无需细胞截留设备，不会造成截留设备堵塞。然而，固定床式反应器仍存在两个问题：(1)放大困难，最大只能放大至150L； (2)培养过程中无法取样和细胞计数。悬浮式生物反应器具有以下优势：(1)对于悬浮细胞和微载体贴壁细胞都有较好的适用性；(2)培养工艺相对简单，易于放大和工业化生产，为细胞生长提供均匀的生长环境；(3)目标产物品质稳定。然而，悬浮式反应器仍存在两个问题： (1)搅拌和通气产生的剪切力较大，易破碎细胞；(2)连续性培养时，细胞截留设备易堵塞。

目前绝大多数企业培养工艺既有固定床培养又有悬浮培养，为避免设备的闲置浪费，多采用共线生产的方式降低生产成本，但市面上还未有一种反应器，既可进行固定床式培养，又可进行悬浮式培养。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种固定床和悬浮两用生物反应器，以克服现有技术的不足。

为实现前述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案包括：

本实用新型实施例提供了一种固定床和悬浮两用生物反应器，包括至少用于容置培养液的罐体，至少用于向所述罐体内通入恒压无菌气体的通气组件，至少用于搅拌混合所述罐体内培养液的搅拌组件，至少用于监控所述罐体内培养环境的监测组件，至少用于补充或排出罐体内培养液的灌注组件，以及至少用于控制所述反应器内各组件运行状态的控制组件，所述通气组件、搅拌组件、监测组件和灌注组件还均与所述控制组件连接；所述搅拌组件包括驱动电机、搅拌轴以及搅拌机构，所述搅拌轴与罐体之间设置有磁流体密封装置，所述搅拌轴的第一端设置于管体外部并与驱动电机传动连接，所述搅拌轴的第二端经至少一个连接机构与所述搅拌机构连接，所述连接机构经第一螺纹紧固件可拆卸地固定于搅拌轴上，且所述连接机构于搅拌轴上的位置可调；所述搅拌机构包括象耳桨、旋转过滤器、提升式搅拌桨、篮式搅拌桨中的至少一者；

所述象耳桨经第二螺纹紧固件固定于所述连接机构上，且所述象耳桨的桨叶倾斜角度可调；所述提升式搅拌桨包括提升管和两个以上的搅拌管，所述提升管和搅拌管固定连接于所述连接机构上，且两个以上的所述搅拌管围绕中空搅拌轴和提升管呈放射状分布；所述旋转过滤器经第二螺纹紧固件固定于连接机构上；所述蓝式搅拌桨经第二螺纹紧固件固定于连接机构上，所述蓝式搅拌桨的篮子包括两个不锈钢带孔筛板，所述带孔筛板沿水平方向延伸至罐壁，且两个带孔筛板之间封闭并填充片状载体。

进一步的，沿所述搅拌轴的轴线方向间隔设置有数个与连接机构配合设置的限位槽，其中所述的限位槽处为连续弧形凹槽，所述连接机构的内壁为与所述限位槽相匹配的连续弧形凸面。

进一步的，所述连接机构上还设置有沿其径向方向延伸形成的第一螺纹孔，所述第一螺纹紧固件螺纹设置于第一螺纹孔内，且所述第一螺纹紧固件的一端能够抵紧所述搅拌轴。

更进一步的，所述连接机构上还设置有至少两个安装槽孔和第二螺纹孔，所述第二螺纹紧固件设置于所述第二螺纹孔内；所述象耳桨的桨叶或者旋转过滤器或者蓝式搅拌桨的部分区域能够可拆卸的设置于所述安装槽孔内，其中所述第一螺纹孔设置于相邻两个安装槽孔之间。

更进一步的，所述象耳桨的桨叶包括桨片和固定设置于桨片一侧的连接杆，所述连接杆能够可拆卸地插入所述安装槽孔内。

进一步的，所述通气组件包括进气口、气体分布器、进气管、出气管和出气口，所述进气口经进气管与气体分布器相连通。

进一步的所述监测组件包括温度控制组件、溶氧控制组件、pH控制组件以及消泡组件；所述温度控制组件包括用于监控培养液温度的温度传感器以及设置于所述罐体外壁的温度调节装置；所述溶氧控制组件包括用于监控培养液溶氧的溶氧电极；所述pH控制组件包括监控培养液 pH值的pH电极以及与所述罐体内腔连通的酸/碱液补加管路和蠕动泵；所述消泡组件包括监控培养液泡沫位置的液位电极以及与所述罐体内腔连通的消泡剂补加管路和蠕动泵。

优选的，所述罐体的形状为直筒圆柱形，所述罐体的高径比为1.2-3:1；所述罐体的体积为20-50L；所述罐体底部还设置有固定架。

与现有技术相比，本实用新型的优点包括：

(1)本实用新型实施例提供的固定床和悬浮两用生物反应器，结构简单，可同时满足企业进行悬浮培养(象耳桨)、悬浮培养(提升式搅拌桨)、悬浮培养(旋转过滤器)和固定床培养，大大降低了企业的设备成本；

(2)本实用新型实施例提供的固定床和悬浮两用生物反应器可适用悬浮培养和固定床培养，为用户工艺摸索初期确定培养方式提供有力的设备支持；

(3)本实用新型实施例提供的固定床和悬浮两用生物反应器可进行多种模式培养，大大降低了设备空置率。

附图说明

图1是本实用新型一典型实施案例中一种固定床和悬浮两用生物反应器的结构示意图；

图2是本实用新型一典型实施案例中一种固定床和悬浮两用生物反应器象耳桨悬浮培养模式的结构示意图；

图3是本实用新型一典型实施案例中一种固定床和悬浮两用生物反应器旋转过滤悬浮培养模式的结构示意图；

图4是本实用新型一典型实施案例中一种固定床和悬浮两用生物反应器提升式搅拌桨悬浮培养模式的结构示意图；

图5是本实用新型一典型实施案例中一种固定床和悬浮两用生物反应器篮式搅拌桨固定床培养模式的结构示意图。

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。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

本实用新型实施例提供了一种固定床和悬浮两用生物反应器，包括至少用于容置培养液的罐体，至少用于向所述罐体内通入恒压无菌气体的通气组件，至少用于搅拌混合所述罐体内培养液的搅拌组件，至少用于监控所述罐体内培养环境的监测组件，至少用于补充或排出罐体内培养液的灌注组件，以及至少用于控制所述反应器内各组件运行状态的控制组件，所述通气组件、搅拌组件、监测组件和灌注组件还均与所述控制组件连接；所述搅拌组件包括驱动电机、搅拌轴以及搅拌机构，所述搅拌轴与罐体之间设置有磁流体密封装置，所述搅拌轴的第一端设置于管体外部并与驱动电机传动连接，所述搅拌轴的第二端经至少一个连接机构与所述搅拌机构连接，所述连接机构经第一螺纹紧固件可拆卸地固定于搅拌轴上，且所述连接机构于搅拌轴上的位置可调；所述搅拌机构包括象耳桨、旋转过滤器、提升式搅拌桨、篮式搅拌桨中的至少一者；

所述象耳桨经第二螺纹紧固件固定于所述连接机构上，且所述象耳桨的桨叶倾斜角度可调；所述提升式搅拌桨包括提升管和两个以上的搅拌管，所述提升管和搅拌管固定连接于所述连接机构上，且两个以上的所述搅拌管围绕中空搅拌轴和提升管呈放射状分布；所述旋转过滤器经第二螺纹紧固件固定于连接机构上；所述蓝式搅拌桨经第二螺纹紧固件固定于连接机构上，所述蓝式搅拌桨的篮子包括两个不锈钢带孔筛板，所述带孔筛板沿水平方向延伸至罐壁，且两个带孔筛板之间封闭并填充片状载体。

进一步的，沿所述搅拌轴的轴线方向间隔设置有数个与连接机构配合设置的限位槽，其中所述的限位槽处为连续弧形凹槽，所述连接机构的内壁为与所述限位槽相匹配的连续弧形凸面。

进一步的，所述连接机构上还设置有沿其径向方向延伸形成的第一螺纹孔，所述第一螺纹紧固件螺纹设置于第一螺纹孔内，且所述第一螺纹紧固件的一端能够抵紧所述搅拌轴。

更进一步的，所述连接机构上还设置有至少两个安装槽孔和第二螺纹孔，所述第二螺纹紧固件设置于所述第二螺纹孔内；所述象耳桨的桨叶或者旋转过滤器或者蓝式搅拌桨的部分区域能够可拆卸的设置于所述安装槽孔内，其中所述第一螺纹孔设置于相邻两个安装槽孔之间。

更进一步的，所述象耳桨的桨叶包括桨片和固定设置于桨片一侧的连接杆，所述连接杆能够可拆卸地插入所述安装槽孔内。

进一步的，所述通气组件包括进气口、气体分布器、进气管、出气管和出气口，所述进气口经进气管与气体分布器相连通。

进一步的所述监测组件包括温度控制组件、溶氧控制组件、pH控制组件以及消泡组件；所述温度控制组件包括用于监控培养液温度的温度传感器以及设置于所述罐体外壁的温度调节装置；所述溶氧控制组件包括用于监控培养液溶氧的溶氧电极；所述pH控制组件包括监控培养液 pH值的pH电极以及与所述罐体内腔连通的酸/碱液补加管路和蠕动泵；所述消泡组件包括监控培养液泡沫位置的液位电极以及与所述罐体内腔连通的消泡剂补加管路和蠕动泵。

优选的，所述罐体的形状为直筒圆柱形，所述罐体的高径比为1.2-3:1；所述罐体的体积为20-50L；所述罐体底部还设置有固定架。

如下将结合附图对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

请参阅图1，一种固定床和悬浮两用生物反应器，包括至少用于容置培养液的罐体1，罐体 1的开口部上盖和有盖体2，罐体和盖体之间设置有密封垫圈，罐体和盖体经紧固螺栓连接固定，以及罐体内还连接设置有至少用于向所述罐体内通入恒压无菌气体的通气组件，至少用于搅拌混合所述罐体内培养液的搅拌组件，至少用于监控所述罐体内培养环境的监测组件，至少用于补充或排出罐体内培养液的灌注组件，以及至少用于控制所述反应器内各组件运行状态的控制组件，所述通气组件、搅拌组件、监测组件和灌注组件还均与所述控制组件连接；所述监测组件包括温度控制组件、溶氧控制组件、pH控制组件以及消泡组件；所述温度控制组件包括用于监控培养液温度的温度传感器以及设置于所述罐体外壁的温度调节装置；所述溶氧控制组件包括用于监控培养液溶氧的溶氧电极；所述pH控制组件包括监控培养液pH值的pH电极以及与所述罐体内腔连通的酸/碱液补加管路和蠕动泵；所述消泡组件包括监控培养液泡沫位置的液位电极以及与所述罐体内腔连通的消泡剂补加管路和蠕动泵。通气组件包括设置于罐体内的深层进气管92，深层进气管的一端固定在盖体2上，另一端延伸至罐体1底部；搅拌组件包括驱动电机3、搅拌轴7以及搅拌机构，驱动电机3固定在电机支架4上，驱动电机3与搅拌轴7 的第一端传动连接，在驱动电机3和搅拌轴7之间还设置有联轴器5，搅拌轴7与罐体1之间设置有磁流体密封装置6，所述搅拌轴7的第二端经至少一个连接机构70与搅拌机构连接，连接机构70具有与搅拌轴7的第二端匹配的腔体，搅拌轴7的第二端能够可拆卸的插入所述连接机构70的腔体内，连接机构上70设置有用以将所述连接机构70固定于搅拌轴7上第一螺纹紧固件；搅拌机构可以是象耳桨、旋转过滤器、提升式搅拌桨、篮式搅拌桨中的至少一者；

请参阅图2，搅拌机构可以是象耳桨，连接机构70为连接轴套，沿所述搅拌轴7的轴线方向间隔设置有复数个与连接机构7配合设置的限位槽，其中所述的限位槽处为连续弧形凹槽，连接机构70的腔体内壁为与所述弧形凹槽相匹配的连续弧形凸起；连接机构70上可拆卸的安装有三个象耳桨的桨叶91；桨叶91包括桨片和固定设置于桨片一侧的连接杆，连接机构70上设置有三个沿其径向方向延伸形成的安装槽孔，所述连接杆能够可拆卸地插入所述安装槽孔内；所述连接机构上还设置有沿其轴线方向延伸形成的第二螺纹孔，所述第二螺纹孔与所述安装槽孔相连通，所述第二螺纹紧固件螺纹设置于第二螺纹孔内，所述第二螺纹紧固件的一端能够抵紧所述连接杆。

请参阅图3，搅拌机构可以是旋转过滤器93和桨叶91，连接机构70采用连接轴套，旋转过滤器可拆卸地固定在连接机构上，沿所述搅拌轴7的轴线方向间隔设置有复数个与连接机构 7配合设置的限位槽，其中所述的限位槽处为连续弧形凹槽，连接机构70的腔体内壁为与所述弧形凹槽相匹配的连续弧形凸起；连接机构70上可拆卸的安装有旋转过滤器93和底部桨叶 91；旋转过滤器93包含一个围绕搅拌轴的筛网，细小的筛孔能将细胞截留在筛网外，筛网外的培养基沿流加管稳定地提供新鲜培养物质；筛网的孔径因培养工艺不同各异，悬浮培养提供的孔径为5-50μm，优选的为10μm，微载体培养提供的孔径为50-200μm，优选的为75μm。

请参阅图4，搅拌机构可以是提升式搅拌桨，提升式搅拌桨固定连接在连接机构70上，提升式搅拌桨包括提升管94和三个以上的搅拌管95，三个以上的搅拌管95围绕中空搅拌轴7和提升管94呈放射状分布；提升管94和三个以上的搅拌管95与连接机构70一体设置；搅拌桨旋转，能再桨叶底部产生低负压，使微载体通过提升管由搅拌管排出，这种持续的环流保证细胞在罐内均匀分布。供气采用气体分布器97，气泡沿着提升管外壁和外层筛网95构成的通气腔内产生。外层筛网的细小筛孔为20-200μm，优选的为85μm，将贴附有细胞的微载体截留。通气腔的结构构造保证细胞在无气泡的环境下生长，避免剪切力的损伤。

请参阅图5，搅拌机构可以是篮式搅拌桨，篮式搅拌桨可拆卸的固定在连接机构70上，篮式搅拌桨包括提升管94、搅拌管95和气体分布器97，篮式搅拌桨的篮式结构包括两个水平放置可延伸到罐壁的上筛板98和下筛板99，筛板之间形成封闭的空间，空间内置片状载体作为细胞生长的附着介质。与提升式搅拌桨结构原理类似，培养液由搅拌管95溢出，搅拌桨的转动能在搅拌桨底部的空管中形成负压区，培养液流通整个系统。提升管内的气体分布器为细胞生长供应气体，且与载体细胞通过下筛板99隔离，避免了剪切力的损伤。

在具体使用时只需将连接机构取下并更换即可实现固定床培养和悬浮培养模式的转换。

(1)本实用新型实施例提供的固定床和悬浮两用生物反应器，结构简单，可同时满足企业进行悬浮培养(象耳桨)、悬浮培养(提升式搅拌桨)、悬浮培养(旋转过滤器)和固定床培养(篮式搅拌桨)，大大降低了企业的设备成本；

(2)本实用新型实施例提供的固定床和悬浮两用生物反应器可适用悬浮培养和固定床培养，为用户工艺摸索初期确定培养方式提供有力的设备支持；

(3)本实用新型实施例提供的固定床和悬浮两用生物反应器可进行多种模式培养，大大降低了设备空置率。

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实用新型的内容并据以实施，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，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种固定床和悬浮两用生物反应器，包括至少用于容置培养液的罐体，至少用于向所述罐体内通入恒压无菌气体的通气组件，至少用于搅拌混合所述罐体内培养液的搅拌组件，至少用于监控所述罐体内培养环境的监测组件，至少用于补充或排出罐体内培养液的灌注组件，以及至少用于控制所述反应器内各组件运行状态的控制组件，所述通气组件、搅拌组件、监测组件和灌注组件还均与所述控制组件连接；其特征在于：所述搅拌组件包括驱动电机、搅拌轴以及搅拌机构，所述搅拌轴与罐体之间设置有磁流体密封装置，所述搅拌轴的第一端设置于管体外部并与驱动电机传动连接，所述搅拌轴的第二端经至少一个连接机构与所述搅拌机构连接，所述连接机构经第一螺纹紧固件可拆卸地固定于搅拌轴上，且所述连接机构于搅拌轴上的位置可调；所述搅拌机构包括象耳桨、旋转过滤器、提升式搅拌桨、篮式搅拌桨中的至少一者；

所述象耳桨经第二螺纹紧固件固定于所述连接机构上，且所述象耳桨的桨叶倾斜角度可调；所述提升式搅拌桨包括提升管和两个以上的搅拌管，所述提升管和搅拌管固定连接于所述连接机构上，且两个以上的所述搅拌管围绕中空搅拌轴和提升管呈放射状分布；所述旋转过滤器经第二螺纹紧固件固定于连接机构上；所述篮式搅拌桨经第二螺纹紧固件固定于连接机构上，所述篮式搅拌桨的篮子包括两个不锈钢带孔筛板，所述带孔筛板沿水平方向延伸至罐壁，且两个带孔筛板之间封闭并填充片状载体。

2.根据权利要求1所述的固定床和悬浮两用生物反应器，其特征在于：沿所述搅拌轴的轴线方向间隔设置有数个与连接机构配合设置的限位槽，其中所述的限位槽处为连续弧形凹槽，所述连接机构的内壁为与所述限位槽相匹配的连续弧形凸面。

3.根据权利要求1所述的固定床和悬浮两用生物反应器，其特征在于：所述连接机构上还设置有沿其径向方向延伸形成的第一螺纹孔，所述第一螺纹紧固件螺纹设置于第一螺纹孔内，且所述第一螺纹紧固件的一端能够抵紧所述搅拌轴。

4.根据权利要求3所述的固定床和悬浮两用生物反应器，其特征在于：所述连接机构上还设置有至少两个安装槽孔和第二螺纹孔，所述第二螺纹紧固件设置于所述第二螺纹孔内；所述象耳桨的桨叶或者旋转过滤器或者蓝式搅拌桨的部分区域能够可拆卸的设置于所述安装槽孔内，其中所述第一螺纹孔设置于相邻两个安装槽孔之间。

5.根据权利要求4所述的固定床和悬浮两用生物反应器，其特征在于：所述象耳桨的桨叶包括桨片和固定设置于桨片一侧的连接杆，所述连接杆能够可拆卸地插入所述安装槽孔内。

6.根据权利要求1所述的固定床和悬浮两用生物反应器，其特征在于：所述通气组件包括进气口、气体分布器、进气管、出气管和出气口，所述进气口经进气管与气体分布器相连通。

7.根据权利要求1所述的固定床和悬浮两用生物反应器，其特征在于：所述监测组件包括温度控制组件、溶氧控制组件、pH控制组件以及消泡组件；所述温度控制组件包括用于监控培养液温度的温度传感器以及设置于所述罐体外壁的温度调节装置；所述溶氧控制组件包括用于监控培养液溶氧的溶氧电极；所述pH控制组件包括监控培养液pH值的pH电极以及与所述罐体内腔连通的酸/碱液补加管路和蠕动泵；所述消泡组件包括监控培养液泡沫位置的液位电极以及与所述罐体内腔连通的消泡剂补加管路和蠕动泵。

8.根据权利要求1所述的固定床和悬浮两用生物反应器，其特征在于：所述罐体的形状为直筒圆柱形，所述罐体的高径比为1.2-3:1；所述罐体的体积为20-50L；所述罐体底部还设置有固定架。