CN214881577U - 集成有细胞分离设备的生物反应器系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种集成有细胞分离设备的生物反应器系统，其特征在于，所述生物反应器系统包括：生物反应器；和细胞分离设备，所述细胞分离设备与所述生物反应器集成为一体，并且包括：过滤装置，所述过滤装置固定至所述生物反应器，并且在其内包括与所述生物反应器流体连通的液体通道、以及覆盖至所述液体通道的一部分的过滤膜；和液体缓存装置，所述液体缓存装置固定至所述过滤装置并且与所述液体通道流体连通。根据本实用新型的生物反应器系统相对于传统的系统体积较小，结构和装配简单，便于操作，并且减少了复杂的管路和阀门系统，降低了成本和操作时出错的风险，使得系统的稳定性得以提高。

Description

集成有细胞分离设备的生物反应器系统

技术领域

本公开总体上涉及生物反应器领域。更具体来说，本公开涉及一种集成有细胞分离设备的生物反应器系统。

背景技术

在动物细胞的生物反应器设计中，越来越多的工艺涉及到细胞与培养液或其他溶液的分离，这些工艺包括灌流培养、换液或细胞清洗等。传统的分离设备包括ATF系统和TFF系统等。这些系统利用隔膜泵或离心泵作为动力，将细胞与培养液的混合物泵送到中空纤维柱过滤单元或其他过滤器当中，利用中空纤维柱的纤维孔隙或其他过滤膜进行细胞与培养液的分离。

一些系统采用离心泵作为泵送细胞培养液混合物的动力，离心泵存在剪切力过高等缺点。动物细胞(特别是人类T细胞或干细胞)对剪切力非常敏感，剪切力过高可能会导致干细胞的肿瘤化或细胞标志物的丢失，严重影响细胞治疗类产品的使用安全。一些系统采用隔膜泵作为泵送细胞培养液混合物的动力单元，隔膜泵存在管路内液体非线性压力变化等缺点。非线性压力变化导致培养系统中瞬间压力波动大，对工艺的稳定性带来隐患。

一些系统采用注射泵驱动气体，从而驱动细胞培养液的循环。注射泵有效地解决了离心泵等部件剪切力过高的问题，并且降低了采用隔膜泵的管路内的液体的非线性压力变化带来的影响。

然而，在实际的生物反应器使用中，注射泵与阀门等单元通常分开装配，使得整个系统的体积较大，装配过程繁琐，细胞分离设备与生物反应器之间的管路连接复杂，操作便捷性较差。此外，用于连接的管路以及模块的数量较多，整个系统的成本较高。

实用新型内容

本公开的目的之一是提供一种集成有细胞分离设备的生物反应器系统，其能够克服现有技术中所存在的至少一个或多个问题。

本公开涉及一种集成有细胞分离设备的生物反应器系统，其中，所述生物反应器系统包括：

生物反应器；和

细胞分离设备，所述细胞分离设备与所述生物反应器集成为一体，并且包括：

过滤装置，所述过滤装置固定至所述生物反应器，并且在其内包括与所述生物反应器流体连通的液体通道、以及覆盖至所述液体通道的一部分的过滤膜；和

液体缓存装置，所述液体缓存装置固定至所述过滤装置并且与所述液体通道流体连通。

根据本实用新型的生物反应器系统相对于传统的系统体积较小，结构和装配简单，便于操作，并且减少了复杂的管路和阀门系统，降低了成本和操作时出错的风险，使得系统的稳定性得以提高。

在一些实施例中，所述生物反应器包括罐体和覆盖至罐体的罐盖，所述过滤装置固定至所述罐体或所述罐盖。

在一些实施例中，所述过滤装置固定至所述罐盖，并且具有从其底部伸出的第一管道，所述第一管道构成所述液体通道的一部分，并且被插入所述罐盖中，以与所述生物反应器流体连通。

在一些实施例中，所述细胞分离设备大体呈盒状。

在一些实施例中，所述液体缓存装置设置在所述过滤装置的上方。

在一些实施例中，所述生物反应器系统还包括动力装置，所述动力装置以气体的方式流体连接至所述液体缓存装置，并且构造成能够选择性地向所述液体缓存装置施加负压或正压。

在一些实施例中，所述动力装置包括注射泵或气缸。

在一些实施例中，所述液体缓存装置的容积为0.01个至0.8个生物反应器的培养容积。

在一些实施例中，所述过滤装置还包括第一壳板和第二壳板，所述第一壳板和第二壳板形成闭合腔体，并且过滤膜被放置在第一壳板和第二壳板之间，闭合腔体在所述第一壳板和过滤膜之间的空间形成流道，所述流道构成所述液体通道的一部分，闭合腔体在所述过滤膜和所述第二壳板之间的空间形成滤过空间，以收集经过滤的液体。

在一些实施例中，所述过滤装置包括位于第一壳板和第二壳板之间的支撑板，所述支撑板附接至所述过滤膜，以增强过滤膜的强度。

在一些实施例中，所述细胞分离设备还包括排液装置，所述排液装置流体连接至所述滤过空间，所述排液装置包括排液管与设置在排液管上的出口阀，所述出口阀构造成：在所述动力装置施加负压时关闭；在所述动力装置施加正压时打开，以使得液体中的经过滤部分经由排液管排出。

在一些实施例中，所述细胞分离设备还包括排液装置，所述排液装置流体连接至所述滤过空间，所述排液装置包括排液管与设置在排液管上的出口阀，所述出口阀构造成：在所述动力装置施加负压时打开一定时间段，从而在所述时间段内，液体中的经过滤部分经由排液管被回吸以冲刷过滤膜；在所述动力装置施加正压时打开，以使得液体中的经过滤部分经由排液管排出。

在一些实施例中，所述细胞分离设备还包括排液装置，所述排液装置流体连接至所述滤过空间，所述排液装置包括排液管与并联地设置在排液管上的出口阀和调节阀，所述出口阀和所述调节阀构造成：

在所述动力装置施加正压时，所述出口阀关闭，所述调节阀打开以使得液体中的经过滤部分经由排液管排出，并且能够被调节以调节经过滤部分的排出速率；

在所述动力装置施加负压时，所述调节阀关闭，所述出口阀打开达一定时间段，从而使得在所述时间段内，液体中的经过滤部分经由排液管被回吸以冲刷所述过滤膜。

在一些实施例中，所述流道从所述第一壳板的内表面凹陷，并且由所述过滤膜覆盖。

在一些实施例中，所述流道通过机械加工、激光刻蚀或软胶注塑设置在所述第一壳板上。

在一些实施例中，所述流道为单根通道或多根并联的通道。

在一些实施例中，所述流道构造成盘绕的蛇形。

在一些实施例中，所述过滤装置包括单层过滤膜结构或并联的多层过滤膜结构，每层过滤膜结构包括过滤膜以及相应的第一壳板和第二壳板。

在一些实施例中，相邻层的过滤膜结构的第一壳板和第二壳板制成为一体。

在一些实施例中，每层过滤膜结构均包括位于第一壳板和第二壳板之间的支撑板，所述支撑板附接至过滤膜以增强过滤膜的强度。

要注意的是，针对一个实施例描述的本公开的各方面可以被包含到其它不同的实施例中，尽管没有针对所述其它不同的实施例进行具体描述。换言之，可以以任何方式和/或组合来组合所有实施例和/或组合任意实施例的特征，只要它们不相互矛盾即可。

附图说明

为了容易地理解本公开的上述和其它特征和优点，将参考附图所示的本公开的具体实施例来更为具体地描述本公开。这些附图仅描绘了本公开的典型实施例，因此不认为限制本公开的范围，其中：

图1A示出了根据本公开的集成有细胞分离设备的生物反应器系统的在动力装置进行抽吸的过程中的工作原理图；

图1B示出了根据本公开的集成有细胞分离设备的生物反应器系统的在动力装置进行推压的过程中的工作原理图；

图2示出了根据本公开的集成有细胞分离设备的生物反应器系统的立体图；

图3示出了根据本公开的细胞分离设备中的过滤装置的立体图；

图4示出了图3所示的细胞分离设备的过滤装置的第一壳板的内表面上的呈各种图案的液体通道的示意图；

图5示出了根据本公开的细胞分离设备的过滤装置的单层过滤膜结构和多层过滤膜结构的工作原理示意图。

具体实施方式

以下将参照附图描述本公开，其中的附图示出了本公开的若干实施例。然而应当理解的是，本公开可以以多种不同的方式呈现出来，并不局限于下文描述的实施例；事实上，下文描述的实施例旨在使本公开的公开更为完整，并向本领域技术人员充分说明本公开的保护范围。还应当理解的是，本文公开的实施例能够以各种方式进行组合，从而提供更多额外的实施例。

应当理解的是，在所有附图中，相同的附图标记表示相同的元件。在附图中，为清楚起见，某些特征的尺寸可以进行变形。

应当理解的是，说明书中的用辞仅用于描述特定的实施例，并不旨在限定本公开。说明书使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)除非另外定义，均具有本领域技术人员通常理解的含义。为简明和/或清楚起见，公知的功能或结构可以不再详细说明。

说明书使用的单数形式“一”、“所述”和“该”除非清楚指明，均包含复数形式。说明书使用的用辞“包括”、“包含”和“含有”表示存在所声称的特征，但并不排斥存在一个或多个其它特征。说明书使用的用辞“和/或”包括相关列出项中的一个或多个的任意和全部组合。说明书使用的用辞“在X和Y之间”和“在大约X和Y之间”应当解释为包括X和Y。本说明书使用的用辞“在大约X和Y之间”的意思是“在大约X和大约Y之间”，并且本说明书使用的用辞“从大约X至Y”的意思是“从大约X至大约Y”。

在说明书中，称一个元件位于另一元件“上”、“附接”至另一元件、“连接”至另一元件、“耦合”至另一元件、或“接触”另一元件等时，该元件可以直接位于另一元件上、附接至另一元件、连接至另一元件、联接至另一元件或接触另一元件，或者可以存在中间元件。相对照的是，称一个元件“直接”位于另一元件“上”、“直接附接”至另一元件、“直接连接”至另一元件、“直接耦合”至另一元件或、或“直接接触”另一元件时，将不存在中间元件。在说明书中，一个特征布置成与另一特征“相邻”，可以指一个特征具有与相邻特征重叠的部分或者位于相邻特征上方或下方的部分。

在说明书中，诸如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“高”、“低”等的空间关系用辞可以说明一个特征与另一特征在附图中的关系。应当理解的是，空间关系用辞除了包含附图所示的方位之外，还包含装置在使用或操作中的不同方位。例如，在附图中的装置倒转时，原先描述为在其它特征“下方”的特征，此时可以描述为在其它特征的“上方”。装置还可以以其它方式定向(旋转90度或在其它方位)，此时将相应地解释相对空间关系。

图1A示出了根据本公开的集成有细胞分离设备的生物反应器系统的在动力装置进行抽吸的过程中的工作原理图。图1B示出了根据本公开的集成有细胞分离设备的生物反应器系统的在动力装置进行推压的过程中的工作原理图。图2示出了根据本公开的集成有细胞分离设备的生物反应器系统的立体图。

在如图1A、1B和图2中所示的实施例中，生物反应器系统1包括生物反应器2和细胞分离设备3，生物反应器2和细胞分离设备3集成为一体。生物反应器2用于容纳被培养的细胞和培养液。细胞分离设备3用于分离或移除生物反应器2中的液体(例如培养液)的特定构成组分(例如细胞)。

如图所示，生物反应器2包括罐体21和覆盖至罐体21的罐盖22，细胞分离设备3集成为大体呈盒状的单个整体，并且该单个整体固定至生物反应器2的罐盖22。应理解，在其他实施例中，细胞分离设备3也可以固定至生物反应器2的其他部位，例如固定至生物反应器2的罐体21。

细胞分离设备3可以包括液体缓存装置4、过滤装置5和排液装置6。其中，液体缓存装置4固定至过滤装置5，并且用于临时接纳离开生物反应器2的液体。液体缓存装置4的容积例如可以设置成为0.01个至0.8个生物反应器2的培养容积。过滤装置5用于分离例如细胞和培养液。过滤装置5包括与生物反应器2和液体缓存装置4流体连通的液体通道以及覆盖至液体通道的一部分的用于过滤液体的过滤膜。排液装置6用于排出经过滤装置5过滤的液体。

如图2所示，在此实施例中，细胞分离设备3的过滤装置5固定至罐盖22，并且液体缓存装置4设置在过滤装置5的上方。例如，过滤装置5构造成具有从其底部伸出的第一管道，该第一管道构成所述液体通道的一部分，并且被插入罐盖22中，以与生物反应器2流体连通。

生物反应器系统1还可以包括动力装置7，该动力装置7通过气体管路流体地连接至液体缓存装置4，以选择性地向液体缓存装置4施加负压或正压。当动力装置7施加负压时，其将液体从生物反应器2经由液体通道抽吸至液体缓存装置4。当动力装置7施加正压时，其将液体从液体缓存装置4经由推出至生物反应器2以及推动经过过滤装置5。动力装置7可以包括注射泵或气缸。

图3示出了根据本公开的细胞分离设备中的过滤装置5的立体图。如图所示，过滤装置5包括第一壳板51、过滤膜52和第二壳板53。第一壳板51和第二壳板53形成闭合腔体。过滤膜52被放置在第一壳板51和第二壳板52之间，并且用于过滤流经过滤装置5的液体。在一些实施例中，过滤装置5还包括位于第一壳板51和第二壳板53之间的支撑板54，该支撑板54用于增强过滤膜52的强度。支撑板54上可以设置有用于流通液体的多个排液孔59。其中，闭合腔体在第一壳板51和过滤膜52之间形成流道55(见图4)，该流道55构成所述液体通道的一部分，并且从第一壳板51的内表面凹陷。流道55例如可以通过机械加工、激光蚀刻、软胶注塑等方式设置在第一壳板51上。如图所示，液体通道还可以包括通向生物反应器2的第一管道56以及通向液体缓存装置4的第二管道57。

如图4中所示，流道55在第一壳板51上的布置图案可以设计成各种形式，例如，流道55的图案可以被设计成盘绕的蛇形，以充分利用第一壳板51的面积。在一些实施例中，流道55可以被设计成单根或者多根并联的形式。考虑到液体阻力因素，单根流道55的长度设置在20cm-1000cm之间，更特别地在10cm-50cm之间。流道55的剖切截面可以为圆形、椭圆形、正方形、长方形或者任意合适的形状，以让流体进行高速流动。

所述闭合腔体在过滤膜52和第二壳板53之间的空间形成滤过空间，以收集经过滤的液体。该滤过空间构造成与排液装置6流体连接。如图3所示，过滤装置5可以包括从滤过空间通向排液装置6的第三管道58。如图1A、1B和2所示，排液装置6包括排液管61和并联地设置在排液管61上的出口阀62和调节阀63，该出口阀62和调节阀63构造成：如图1B所示，在动力装置7施加正压时，出口阀62关闭，调节阀63打开以使得液体中的经过滤部分经由排液管61排出，并且能够被调节以调节经过滤部分的排出速率；如图1A所示，在动力装置7施加负压时，调节阀63关闭，出口阀62打开达一定时间段，从而在所述时间段内，液体中的经过滤部分经由排液管61被回吸以冲刷过滤膜52。

在未示出的其他实施例中，排液装置6可以包括排液管61与设置在排液管61上的出口阀，该出口阀构造成在动力装置7施加负压时关闭，在动力装置7施加正压时打开以使得液体中的经过滤部分经由排液管61排出。在其他实施例中，该出口阀也可以构造成在动力装置7施加负压时打开一定时间段，从而在所述时间段内，液体中的经过滤部分经由排液管61被回吸以冲刷过滤膜52。

其中，使得液体中的经过滤部分经由排液管61被回吸以冲刷过滤膜52的过程有助于增加过滤装置5的寿命。

如图5所示，过滤装置5可以包括单层过滤膜结构或并联的多层过滤膜结构，每层过滤膜结构包括过滤膜以及相应的第一壳板和第二壳板，其中，相邻层的过滤膜结构的第一壳板和第二壳板可以制成为一体，并且每层过滤膜结构均包括位于第一壳板和第二壳板之间的支撑板，所述支撑板附接至过滤膜以增强过滤膜的强度。由此，可以提升过滤的处理量，可供大体积罐体使用。

根据本实用新型的生物反应器系统相对于传统的系统体积较小，结构和装配简单，便于操作，并且减少了复杂的管路和阀门系统，降低了成本和操作时出错的风险，使得系统的稳定性得以提高。

虽然已经描述了本公开的示范实施例，但是本领域技术人员应当理解的是，在本质上不脱离本公开的精神和范围的情况下能够对本公开的示范实施例进行多种变化和改变。因此，所有变化和改变均包含在权利要求所限定的本公开的保护范围内。本公开由附加的权利要求限定，并且这些权利要求的等同物也包含在内。

Claims (20)

1.一种集成有细胞分离设备的生物反应器系统，其特征在于，所述生物反应器系统包括：

生物反应器；和

细胞分离设备，所述细胞分离设备与所述生物反应器集成为一体，并且包括：

过滤装置，所述过滤装置固定至所述生物反应器，并且在其内包括与所述生物反应器流体连通的液体通道、以及覆盖至所述液体通道的一部分的过滤膜；和

液体缓存装置，所述液体缓存装置固定至所述过滤装置并且与所述液体通道流体连通。

2.根据权利要求1所述的生物反应器系统，其特征在于，所述生物反应器包括罐体和覆盖至罐体的罐盖，所述过滤装置固定至所述罐体或所述罐盖。

3.根据权利要求2所述的生物反应器系统，其特征在于，所述过滤装置固定至所述罐盖，并且具有从其底部伸出的第一管道，所述第一管道构成所述液体通道的一部分，并且被插入所述罐盖中，以与所述生物反应器流体连通。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的生物反应器系统，其特征在于，所述细胞分离设备大体呈盒状。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的生物反应器系统，其特征在于，所述液体缓存装置设置在所述过滤装置的上方。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的生物反应器系统，其特征在于，所述生物反应器系统还包括动力装置，所述动力装置以气体的方式流体连接至所述液体缓存装置，并且构造成能够选择性地向所述液体缓存装置施加负压或正压。

7.根据权利要求6所述的生物反应器系统，其特征在于，所述动力装置包括注射泵或气缸。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的生物反应器系统，其特征在于，所述液体缓存装置的容积为0.01个至0.8个生物反应器的培养容积。

9.根据权利要求6所述的生物反应器系统，其特征在于，所述过滤装置还包括第一壳板和第二壳板，所述第一壳板和第二壳板形成闭合腔体，并且过滤膜被放置在第一壳板和第二壳板之间，闭合腔体在所述第一壳板和过滤膜之间的空间形成流道，所述流道构成所述液体通道的一部分，闭合腔体在所述过滤膜和所述第二壳板之间的空间形成滤过空间，以收集经过滤的液体。

10.根据权利要求9所述的生物反应器系统，其特征在于，所述过滤装置包括位于第一壳板和第二壳板之间的支撑板，所述支撑板附接至所述过滤膜，以增强过滤膜的强度。

11.根据权利要求9所述的生物反应器系统，其特征在于，所述细胞分离设备还包括排液装置，所述排液装置流体连接至所述滤过空间，所述排液装置包括排液管与设置在排液管上的出口阀，所述出口阀构造成：在所述动力装置施加负压时关闭；在所述动力装置施加正压时打开，以使得液体中的经过滤部分经由排液管排出。

12.根据权利要求9所述的生物反应器系统，其特征在于，所述细胞分离设备还包括排液装置，所述排液装置流体连接至所述滤过空间，所述排液装置包括排液管与设置在排液管上的出口阀，所述出口阀构造成：在所述动力装置施加负压时打开一定时间段，从而在所述时间段内，液体中的经过滤部分经由排液管被回吸以冲刷过滤膜；在所述动力装置施加正压时打开，以使得液体中的经过滤部分经由排液管排出。

13.根据权利要求9所述的生物反应器系统，其特征在于，所述细胞分离设备还包括排液装置，所述排液装置流体连接至所述滤过空间，所述排液装置包括排液管与并联地设置在排液管上的出口阀和调节阀，所述出口阀和所述调节阀构造成：

在所述动力装置施加正压时，所述出口阀关闭，所述调节阀打开以使得液体中的经过滤部分经由排液管排出，并且能够被调节以调节经过滤部分的排出速率；

在所述动力装置施加负压时，所述调节阀关闭，所述出口阀打开达一定时间段，从而使得在所述时间段内，液体中的经过滤部分经由排液管被回吸以冲刷所述过滤膜。

14.根据权利要求9所述的生物反应器系统，其特征在于，所述流道从所述第一壳板的内表面凹陷，并且由所述过滤膜覆盖。

15.根据权利要求9所述的生物反应器系统，其特征在于，所述流道通过机械加工、激光刻蚀或软胶注塑设置在所述第一壳板上。

16.根据权利要求9所述的生物反应器系统，其特征在于，所述流道为单根通道或多根并联的通道。

17.根据权利要求9所述的生物反应器系统，其特征在于，所述流道构造成盘绕的蛇形。

18.根据权利要求9所述的生物反应器系统，其特征在于，所述过滤装置包括单层过滤膜结构或并联的多层过滤膜结构，每层过滤膜结构包括过滤膜以及相应的第一壳板和第二壳板。

19.根据权利要求18所述的生物反应器系统，其特征在于，相邻层的过滤膜结构的第一壳板和第二壳板制成为一体。

20.根据权利要求18所述的生物反应器系统，其特征在于，每层过滤膜结构均包括位于第一壳板和第二壳板之间的支撑板，所述支撑板附接至过滤膜以增强过滤膜的强度。

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