CN212560234U - 一种间歇式清洗过滤系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种间歇式清洗过滤系统，其包括生物反应器、冲洗液/气罐、细胞截留/固液分离组件；细胞截留/固液分离组件的进液端通过第一泵、第一双向阀和生物反应器相连；细胞截留/固液分离组件的出液端通过第二双向阀和生物反应器相连；冲洗液/气罐通过第二泵、第一双向阀和细胞截留/固液分离组件的进液端相连；细胞截留/固液分离组件上还连接有第一阀门，第一阀门用于排出细胞截留/固液分离组件中产生的废液；第二双向阀还连接有第二阀门，第二阀门用于排出流经细胞截留/固液分离组件的冲洗废液/废气。该装置的优点在于可以保证截留细胞的质量和生产工艺中的所需的固体和液体的分离。

Description

一种间歇式清洗过滤系统

技术领域

本实用新型属于细胞培养领域，具体为一种可连续使用的适用于固液分离、细胞截留的装置。

背景技术

在生物医药领域的细胞培养特别是连续培养过程中，由于换液的需要，通常都要将细胞与培养基液体分离，回收细胞、排出废液。以连续培养工艺为例，由于在细胞培养过程中需要不断添加新鲜培养液，就需要抛弃部分原有培养液，但仍需截留原培养液中的细胞将其送返生物反应器中继续培养。

把固体和液体分开的过程即为固液分离，方法非常多，如沉降，过滤，离心机等。在细胞截留工艺中，使用较为广泛的技术多为过滤。用于固液分离的过滤技术一般可分为死端过滤和切向流过滤。

用于细胞培养工艺中的死端过滤设备又通常被分为普通过滤和旋转过滤。死端过滤利用滤膜的孔径和膜两端的压差截留细胞，而旋转过滤设备一般利用离心所产生的压差将细胞截留使培养液透过。死端过滤原理和操作简单，取决于膜孔径的选择，死端过滤设备可保证对培养液中细胞的截留，也可保护生物反应器不会被污染。但是，死端过滤设备过滤介质单位面积过滤载量受限，也容易发生细胞在过滤介质表面的附着生长。因此，死端过滤设备在实际使用中多发生滤器堵塞、生产难以继续的问题。

切向流过滤可以减少细胞在膜表面的堵塞，有利于增加过滤设备的载量。但是，由于在细胞培养中的细胞截留多为间歇运行，虽然切向流过滤在运行中可减少细胞的附着堵塞，但在系统非运行时细胞仍会附着在过滤介质表面生长、影响分离效果。基于中空纤维滤器截留原理研发的ATF(alternating tangential flow filtration system，交替切向流细胞截留系统)系统是一种可防止堵塞的细胞截留分离设备。ATF系统包括与发酵罐相连的正反向隔膜泵和中空纤维滤器，隔膜泵将含有细胞的培养液以正反两个方向交替流经中空纤维滤器。由于该系统可使培养液在中空纤维滤器中保持不间断地流动，ATF不仅能够有效的截留细胞，还可以比较有效地阻止细胞在中空纤维表面的附着和生长，以保持系统的分离效率。由于ATF系统既要保持细胞培养液在中空纤维中反复流动的强度，又不能伤害细胞，且工艺参数的设定需要时间、经验和资金。

为了简化用于连续生产中细胞截留、固液分离设备的设计运行，本实用新型针为细胞截留和滤器冲洗设计了两个不同的工艺环节；即可有效实现截留细胞、固液分离，又可充分清洗过滤介质、避免细菌生长、减少滤器堵塞。

实用新型内容

为解决目前细胞培养和固液分离的现存问题，本实用新型提出一种可以连续使用、防止堵塞的间歇式清洗过滤系统。该系统利于截留细胞、固液分离、排放废液，并兼具间歇式独立清洗，防止堵塞的功能。本实用新型设计原理、制造组装、运行操作简单，易于试验验证。

本实用新型提供一种间歇式清洗过滤系统，该系统包括生物反应器1、第一泵2、第一双向阀3、细胞截留/固液分离组件4、第二双向阀5、第一阀门6、第二阀门7、冲洗液/气罐8、第二泵9。

进一步，本实用新型的间歇式清洗过滤系统包括：细胞截留/固液分离组件4的进液端通过第一泵2、第一双向阀3与生物反应器1相连，其出液端通过第二双向阀5和生物反应器1相连；冲洗液/气罐器8通过第二泵9、第一双向阀3与细胞截留/固液分离组件4的进液端相连；细胞截留/固液分离组件4过滤端连接第一阀门6，用于排放废液；第二双向阀5连接第二阀门7，用于排放经细胞截留/固液分离组件4的冲洗液/气。

本实用新型的间歇式清洗过滤系统可用于多种细胞培养方式的细胞培养液分离和清洗过滤，包括但不限于批培养，流加培养，灌流培养，半灌流培养，连续培养，半连续培养。

更进一步，本实用新型中间歇式清洗过滤系统的细胞截留/固液分离组件4一般为滤器，该滤器由膜包或中空纤维制成。

在本实用新型的间歇式清洗过滤系统中生物反应器1上可以连接一个或多个细胞截留/固液分离组件4，当需要多个细胞截留/固液分离组件4的时候其可以串联连接也可以并联连接、或串并联连接共存，实现单独工作或同时工作或交替工作；进一步，可实现组件在运行中切换或更换。当使用多个细胞截留/固液分离组件4时，各个分离组件4的滤器可以是不同材质的滤器，如膜式滤器、或中空纤维滤器。

本实用新型的间歇式清洗过滤系统适用于多种细胞培养过程中所需的细胞截留、固液分离和清洗过滤，其中固液分离可用于生物工艺中实现固体和液体分离，也适用于下游纯化工艺中的固液分离。所述细胞培养包括但不限于单个细胞、裂解的细胞、溶解的细胞、融合的细胞、细胞碎片、细胞团，细菌、裂解的细菌、溶解的细菌、匀质后的细菌，酵母、裂解的酵母、溶解的酵母、匀质后的酵母的培养；截留后的细胞可以继续进行培养、或用于病毒生产、或用于蛋白生产等，也可用于进一步的分离纯化。分离后的培养液可以废弃、或用于生产病毒、或生产蛋白、或用于下游的分离纯化等。

本实用新型的间歇式清洗过滤系统可以通过液体、气体、超声、射线等方式进行清洗，同时所有管道、阀门、泵、冲洗液/气罐、截留装置、清洗液、清洗气等都必须经过无菌处理，防止外源污染和交叉污染。

其中生物反应器1中的细胞培养方式可以是批培养，流加培养，灌流培养，半灌流培养，连续培养，半连续培养等。

另一方面，本实用新型提供一种间歇式清洗过滤方法，该方法能够方便的截留细胞培养过程中的细胞，实现固液分离、排放废液，同时通过间歇式独立清洗，防止滤器堵塞。

进一步，本实用新型的间歇式清洗过滤方法是通过本实用新型的间歇式清洗过滤系统完成的。

进一步，本实用新型的间歇式清洗过滤方法包括如下步骤：

(1)、在生物反应器1内加入相应培养基，接入细胞种子液按工艺要求进行细胞培养至理想细胞浓度。

(2)、换液时，打开第一双向阀3、连通生物反应器1和细胞截留/固液分

离组件4，并打开双向阀5、连接到生物反应器1。启动第一泵2，生物反应器1内培养基经第一双向阀3、细胞截留/固液分离组件4、第二双向阀5返回生物反应器1。培养液内细胞由细胞截留介质阻截，部分培养液透过细胞截留介质经第一阀门6排出系统。

(3)、当排除体积达到工艺要求后，停止第一泵2；第一双向阀3转向冲洗液/气罐8、第二双向阀5转向第二阀门7、打开第二阀门7、启动第二泵9。冲洗液/气罐8中的液体或气体经第一双向阀3、流经细胞截留/固液分离组件4、第二双向阀5及第二阀门7排出系统，以达到清洗细胞截留器中截留介质表面残留细胞的目的。

(4)、细胞截留器清洗结束，第二泵9停止。

(5)、再次换液时，重复以上步骤，以实现间歇式清洗过滤。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型的细胞截留、固液分离设备具有独立的清洗功能，可以有效地防止系统污染、堵塞滤器，提高使用效率。

2、本实用新型的设备流路设计简单清晰，充分利用现有过滤介质进行细胞截留、固液分离，操作简单，有利于试验验证。

附图说明

图1：是本实用新型的结构流程示意图。其中：生物反应器1、第一泵2、第一双向阀3、细胞截留/固液分离组件4、第二双向阀5、第一阀门6、第二阀门7、冲洗液/气罐8、第二泵9。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例，并结合附图对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

系统概述：本实用新型为一种间歇式清洗过滤系统，该系统包括生物反应器1、细胞截留/固液分离组件4，细胞截留/固液分离组件4的进液端通过第一泵2、第一双向阀3和生物反应器1相连，细胞截留/固液分离组件4的出液端通过第二双向阀5和生物反应器1相连；冲洗液/气罐8通过第二泵9、第一双向阀3和细胞截留/固液分离组件4的进液端相连；第二双向阀5连接第二阀门7，第二阀门7可用于排出清洗细胞截留/固液分离组件的清洗缓冲液；细胞截留/固液分离组件4通过第二阀门7排出废液/废气。

运行操作步骤：

生物反应器1内加入相应培养基，接入细胞种子液按工艺要求进行细胞培养至理想细胞浓度。细胞培养过程中按如下操作进行：

1、如需换液时，打开第一双向阀3、连通生物反应器1和细胞截留/固液分离组件4，并打开双向阀5、连接到生物反应器1。启动第一泵2，生物反应器1内培养基经第一双向阀3、细胞截留/固液分离组件4、第二双向阀5返回生物反应器1。培养液内细胞由细胞截留介质阻截，部分培养液透过细胞截留介质经第一阀门6排出系统。

2、当排除体积达到工艺要求后，停止第一泵2；第一双向阀3转向冲洗液/气罐8、第二双向阀5转向第二阀门7、打开第二阀门7、启动第二泵9。冲洗液/气罐8中的液体或气体经第一双向阀3、流经细胞截留/固液分离组件4、第二双向阀5及第二阀门7排出系统，以达到清洗细胞截留器中截留介质表面残留细胞的目的。

3、细胞截留器清洗结束，第二泵9停止。

4、再次换液时，重复以上步骤，以实现间歇式清洗过滤。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范畴。

Claims (7)

1.一种间歇式清洗过滤系统，其包括生物反应器、冲洗液/气罐、细胞截留/固液分离组件；其特征在于细胞截留/固液分离组件的进液端通过第一泵、第一双向阀和生物反应器相连；细胞截留/固液分离组件的出液端通过第二双向阀和生物反应器相连；冲洗液/气罐通过第二泵、第一双向阀和细胞截留/固液分离组件的进液端相连；细胞截留/固液分离组件上还连接有第一阀门，第一阀门用于排出细胞截留/固液分离组件中产生的废液；第二双向阀还连接有第二阀门，第二阀门用于排出流经细胞截留/固液分离组件的冲洗废液/废气。

2.根据权利要求1所述的间歇式清洗过滤系统，其特征在于，其中的细胞截留/固液分离组件为滤器。

3.根据权利要求1-2之一所述的间歇式清洗过滤系统，其特征在于，其中生物反应器中的细胞培养方式是批培养，流加培养，灌流培养，半灌流培养，连续培养，半连续培养。

4.根据权利要求1所述的间歇式清洗过滤系统，其特征在于，其中的一个生物反应器上连接一个或多个的细胞截留/固液分离组件。

5.根据权利要求4所述的间歇式清洗过滤系统，其特征在于，其中的多个细胞截留/固液分离组件是同一种或不同种类的细胞截留/固液分离组件。

6.根据权利要求4所述的间歇式清洗过滤系统，其特征在于，其中的多个细胞截留/固液分离组件通过串联、并联或串联并联同时存在。

7.根据权利要求5所述的间歇式清洗过滤系统，其特征在于，其中的多个或多种细胞截留/固液分离组件同时工作或交替工作。

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