CN220926785U - 平行生物反应器的加液装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种平行生物反应器的加液装置。所述加液装置包括：泵液模块、管路模块以及驱动模块；泵液模块包括多个储液加液器，能够泵送生物反应液，管路模块用于将生物反应液输送至生物反应器中；驱动模块包括移动组件和驱动组件，移动组件能够驱使驱动组件与储液加液器发生相对运动，驱动组件能够驱动泵送动作。本实用新型采用分时复用的方法，通过移动组件使驱动组件对应驱动不同的储液加液器，即可实现不同管路液体的加液，无需手动切换，不改变管路布局，方便快捷；并且储液加液器、管路和生物反应器与加液动力控制系统分离，可以很方便的将加液管路系统做成模块化的系统并从外部控制，方便一次性生物反应器的集成开发。

Description

平行生物反应器的加液装置

技术领域

本实用新型涉及生物反应技术领域，尤其涉及一种平行生物反应器的加液装置，具体属于食品、药品生产研发过程中加液领域，尤其是生物制药中生物反应器的加液领域。

背景技术

要实现蛋白药物、抗体、疫苗产品的快速生产，均有赖于能真正实现动物细胞大规模培养的设备——生物反应器。生物反应器是衔接疫苗、蛋白质药物实验室技术研究和工厂规模化生产的桥梁。

高通量筛选是生命科学、药物创新领域的重要技术手段之一，其核心是通过一次实验获得大量的信息，并从中找到有价值的信息。同时，稳定高表达的细胞克隆/细胞株及其优化的培养策略、培养条件、培养工艺也是生物药物高效低成本生产的关键。

相比于传统的不锈钢或者玻璃材质的生物反应器，一次性生物反应器有操作简单、生产过程稳定、批间准备时间短、生产效率高，无需复杂管道等附属设施、无需清洗和消毒灭菌、生产成本低、易于通过验证等诸多优点，在现代生物技术药物的开发和生产中，得到越来越广泛的发展和推广应用，并成为了生物反应器发展的主要趋势

但是在高通量筛选的多组生物反应器设备中，每个反应器根据工艺可能需要加入的液体可达5种甚至更多，如果是在一次平行试验时建立8组反应器，则需要多达40个加液泵，需要的加液泵数量非常庞大，管路安装相互交叉容易出错。特别对于目前小型生物反应器，其平行组数更多，加液种类也更加复杂，急需一种可以适应一次性大组数的平行生物反应器的加液装置，能够实现快速导入，同时避免出错，提高操作便利性。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种平行生物反应器的加液装置。

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：

第一方面，本实用新型提供一种平行生物反应器的加液装置，包括：泵液模块、管路模块以及驱动模块；

所述泵液模块包括多个储液加液器，所述储液加液器能够被所述驱动模块所驱动以泵送生物反应液，所述管路模块用于将多个储液加液器泵送的所述生物反应液输送至生物反应器中；

所述驱动模块包括移动组件和驱动组件，所述移动组件能够驱使所述驱动组件与多个所述储液加液器发生相对运动以使所述驱动组件能够对应不同的所述储液加液器的驱动位置，当所述驱动组件处于所述驱动位置时，所述驱动组件能够驱动对应的所述储液加液器的泵送动作。

基于上述技术方案，与现有技术相比，本实用新型的有益效果至少包括：

本实用新型所提供的平行生物反应器的加液装置和方法采用分时复用的方法，通过移动组件使驱动组件对应驱动不同的储液加液器，经过驱动组件的驱动即可实现不同管路液体的加液，无需手动切换，不改变管路布局，大幅减少管路布局复杂度和空间占用，方便快捷。

并且在本实用新型所提供的技术方案中，储液加液器、管路和生物反应器与加液动力控制系统分离，可以很方便的将加液管路系统做成模块化的一次性的反应系统并从外部控制，方便一次性生物反应器的集成开发。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够使本领域技术人员能够更清楚地了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合详细附图说明如后。

附图说明

图1是本实用新型一典型实施案例提供的平行生物反应器的加液装置的结构示意图；

图2是本实用新型一典型实施案例提供的加液装置的单组加液单元的结构示意图；

图3是本实用新型另一典型实施案例提供的加液装置的单组加液单元的结构示意图。

附图标记说明：1、生物反应器；2、储液加液器；201、活塞；202、加液筒；203、单向阀；204、储液筒；3、移动组件；4、驱动组件；5、控制模块；6、管路模块；7、称重模块。

具体实施方式

鉴于现有技术中的不足，本案的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。针对上述问题，本实用新型实施例采用的技术方案可以大幅度减少加液管线的安装复杂度，解决容易出错，占用空间等问题。此外，采用精密运动平台控制移动量从而带动活塞精密运动，实现类似注射泵的加液形式，具有加液速率均匀，无脉动等特点。加液精度高。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

参见图1及图2，本实用新型实施例提供一种平行生物反应器1的加液装置，包括：泵液模块、管路模块6以及驱动模块；所述泵液模块包括多个储液加液器2，所述储液加液器2能够被所述驱动模块所驱动以泵送生物反应液，所述管路模块6用于将多个储液加液器2泵送的所述生物反应液输送至生物反应器1中；所述驱动模块包括移动组件3和驱动组件4，所述移动组件3能够驱使所述驱动组件4与多个所述储液加液器2发生相对运动以使所述驱动组件4能够对应不同的所述储液加液器2的驱动位置，当所述驱动组件4处于所述驱动位置时，所述驱动组件4能够驱动对应的所述储液加液器2的泵送动作。

基于上述技术方案，本实用新型在传统多通道加液器的基础上，采用分时复用的技术思路，将多组储液加液器2组成一个组合，例如储液针筒，并排放置，通过共用一个驱动模块，使得装置的结构变色更加简洁，成本也得以显著降低。并且，多个储液加液器2能够承载不同的生物反应液，通过驱动模块的驱动动作，使得储液加液器2执行相应的加液泵送动作，例如针筒的活塞201推进，从而实现高精度加液。

上述技术内容为本实用新型主要的技术构思，而关于一些技术细节，在一些实施方案中，所述管路模块6例如可以包括主管路和多个支管路，多个所述支管路的一端与所述主管路相连通，另一端与所述储液加液器2相连通；任一所述储液加液器2中和/或其相连的支管路中或所述储液加液器2和支管路之间设置有单向阀203，所述单向阀203仅允许所述生物反应液向泵出所述储液加液器2的方向流动。

上述技术方案通过多个支路连通主管路，降低了管路复杂度，通过主管路汇集不同的生物反应液后统一加入生物反应器1中；而为了避免不同储液加液器2中的返流影响，本实用新型还特意设置了单向阀203结构，避免生物反应液的回流干扰。

需要说明的是，所述的单向阀203，既可以设置在储液加液器2的出口处，亦可设置于支管路中，也可两处均设置，不同的设置方式均可以实现对于返流的阻挡作用。

在一些实施方案中，所述泵液模块和管路模块6及其对应的生物反应器1还设置有多组，多组所述泵液模块中的多个储液加液器2共用同一所述驱动模块。在本实用新型的技术方案中，不仅仅同一组的不同储液加液器2可以共用一套驱动模块，对于多组储液加液器2，亦可共用同一驱动模块，这大大提高了装置集成度，显著降低了驱动模块的构建成本。

在一些实施方案中，所述加液装置还包括称重模块7，当所述生物反应器1设置于所述加液装置中时，所述称重模块7能够实时测量所述生物反应器1的总质量变化。为了实现精准加液，通常会利用伺服控制方法，精准地控制驱动模块的运动幅度，以此实现加液量的控制；而在本实用新型的优选实施方案中，还设置了称重反馈机制，即通过称重模块7对生物反应器1进行称重，反馈调节驱动模块的动作，这样既可实现更加精准的加液控制。

当然，为实现上述控制，在一些实施方案中，所述加液装置还包括控制模块5，所述控制模块5分别与所述移动组件3、驱动组件4以及称重模块7电连接。

但这并不意味着该控制模块5只能够设置于上述装置上，在一些应用场景下，可能的实施方案还包括控制器与上述装置分离，通过有线或无线数据传输来进行反馈控制。

而关于具体的加液方式，在一些实施方案中，所述储液加液器2的驱动形式为活塞201驱动。具体例如类似于柱塞泵或注射针筒的那种活塞201驱动方式。

在一些实施方案中，所述移动组件3包括机械臂和/或运动平台，所述驱动组件4包括按压主轴；所述按压主轴的一端固定在所述移动组件3的运动端，另一端能够向接近所述储液加液器2的方向运动，以驱动所述储液加液器2的泵送动作。

作为上述技术方案的一些典型的应用示例，本实用新型实施例所提供的加液装置及方法由运动平台带动按压主轴按压加液活塞201运动，经过管路将液体压送到容器内，其构成如下图1所示。

具体操作时，在装置平台上放置多组加液单元，每组加液单元均含有泵液模块和管路模块6及其对应的生物反应器1。运动三轴工作范围覆盖需要动作的加液活塞201位置。加液时，控制器控制运动三轴带动按压主轴到达加液活塞201位置上方，接触加液活塞201后，运动平台带动主轴按压活塞201下压，液体挤入管路进入加液容器完成加液。

上述驱动方式是通过运动平台的带动来使得按压主轴运动以按压活塞201的，然而，具体的可实施方式却不仅限于此，例如运动平台不进行纵向运动(以活塞201按压方向为纵向)，仅进行水平方向的运动，而按压主轴选用可伸缩的结构，例如螺杆结构等，通过按压主轴自身的伸缩或相对于运动平台的纵向运动来实现按压亦可。

并且，本实用新型中，驱动组件4的驱动方式不仅限于上述运动平台的运动方式，亦可驱动承载有储液加液器2的载板，进而使储液加液器2相对于装置本身发生水平挪动，而按压主轴相对于装置本身不发生相对运动，从而亦可使按压主轴在多个不同的储液加液器2之间相对挪动。

而更加详细的，单组液体加液装置构成如图2所示，加液筒202多个并联，可以根据工艺需要向生物反应器1内加入不同的液体。为了防止加液筒202之间加液时相互影响和返流，在每个加液筒202下方设置一个单向阀203。同时在生物反应器1下方配置称重装置，对每次加液量进行反馈，通过算法实现精密加液控制。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，在一些更优实施案例中，所述储液加液器2例如可以包括储液筒204和加液筒202，所述储液筒204与所述加液筒202连通且设置有第一单向阀203，所述第一单向阀203仅允许所述生物反应液自所述储液筒204流向所述加液筒202中；所述加液筒202内设置有能够被所述驱动组件驱动的活塞201以及在所述加液筒202与管路模块6之间还设置有第二单向阀203，所述第二单向阀203仅允许所述生物反应液自所述加液筒202中流向所述管路模块6。这种设置方式一方面可以方便中途补液，在补液过程中不影响加液筒202的泵送动作；第二方面在保证总容量的前提下，可以将加液筒202设计成更小的尺寸(尤其是横截面积)，这样同样的驱动长度对应的加液体积就会减小，能够提高加液精度。

在一些更优实施案例中，所述储液筒204例如可以设置有补液口，能够向所述储液筒204中补充所述生物反应液。这样在大批量加液操作过程中，可以方便进行中途补液，避免中断，提高操作效率。

在一些更优实施案例中，所述按压主轴的末端设置有挂钩结构，所述挂钩结构能够扣合在用于驱动所述活塞的推杆的末端，以驱使所述活塞运动从而吸取所述生物反应液。具体例如一种C字形挂钩，当需要推动活塞201泵送生物反应液时，直接抵触该活塞的推杆来进行驱动即可；而当需要回抽活塞201来吸取储液筒204中的生物反应液时，通过横向移动的动作使得C字形挂钩挂在推杆末端的凸起或孔洞等结构上，即可拉动活塞201来抽取生物反应液。

可以理解的，挂钩结构的形式不仅限于上述实施案例所例举的范围，其他例如磁性挂扣，具体如电磁铁、凹凸结构的挂扣、倒钩型挂扣结构等等亦可，只要是能够实现挂扣拉动且可通过电控或机械运动而分离的挂扣结构均可，本领域技术人员可以基于同样的思路在现有机械结构中进行适当选择。

对应于上述加液装置的结构，本实用新型实施例还提供了一种利用上述任一实施方案所提供的加液装置的加液方法，其包括如下的步骤：

在多个所述储液加液器2中分别存储对应的生物反应液，并将所述管路模块6的出液口连通于所述生物反应器1的容置空间中；

使所述移动组件3驱使所述驱动组件4运动至所述储液加液器2对应的泵送位置；

使所述驱动组件4运动，以驱动对应的所述储液加液器2的泵送动作。

在一些实施方案中，所述泵液模块和管路模块6及其对应的生物反应器1还设置有多组，多组所述泵液模块中的多个储液加液器2共用同一所述驱动模块；所述加液方法还可以包括：

利用所述移动组件3驱使所述驱动组件4在不同组的储液加液器2之间移动，以完成多个所述生物反应器1的加液。

在一些实施方案中，所述加液方法还可以包括：

通过测量所述生物反应器1的总质量变化，反馈调节所述驱动组件4的动作。

基于上述技术方案，本实用新型实施例所提供的加液装置及方法的主要特点在于：

1.采用机械臂或者运动平台的方式，将机械运动转换成加液筒202活塞201的运动，挤压液体实现出液。

2.储存液筒由多个并联而成，每个加液筒202下方设置一个单向阀203，隔离不同加液筒加液对其他加液筒202的影响。

3.每组加液装置的加液容器配置一个称重装置，对加液的液量进行反馈，实现加液的闭环控制。

4.储存液筒由多个并联而成，可以根据工艺需要向加液容器内加入不同的液体。实用一个加液主轴实现多路加液。

5.在平行生物反应其中，采用多组加液管路，复用一个加液主轴实现多组多路管路的加液，简化了模块布局，且显著降低了装置成本。

此外，不同于上述所示例的技术方案，采用三轴或者6轴运动平台多活塞201进行按压实现活塞201的轴向运动，实现加液液在本实用新型的可实施范围之内；并且，图示的活塞201是垂直向下布置，采用其他方向比如斜向，横向，或者垂直向上布置，只要实现了活塞201移动加液，也在本实用新型的可实施范围之内。

基于上述实施案例，可以明确，相比原来的泵组加液，每个管路需要配置一个泵，多个平行生物反应器配置泵数量较多，采用本实用新型提供的加液装置/方法，利用分时复用的技术思路，运动平台带动按压主轴即可实现不同管路液体的加液。而且不需要手动切换，不改变管路布局。大幅减少管路布局和空间，方便快捷。

同时，采用精密运动平台控制移动量从而带动活塞精密运动，实现类似注射泵的加液形式，具有加液速率均匀，无脉动等特点。加液精度高。

采用目前按压加液的方法，加液管路的储液筒、管路和加液容器与加液动力控制系统分离。可以很方便的将加液管路系统做成一次性的反应系统并从外部控制，方便一次性生物反应器的集成开发。

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 (10)

1.一种平行生物反应器的加液装置，包括：泵液模块、管路模块以及驱动模块；

所述泵液模块包括多个储液加液器，所述储液加液器能够被所述驱动模块所驱动以泵送生物反应液，所述管路模块用于将多个储液加液器泵送的所述生物反应液输送至生物反应器中；

其特征在于，所述驱动模块包括移动组件和驱动组件，所述移动组件能够驱使所述驱动组件与多个所述储液加液器发生相对运动以使所述驱动组件能够对应不同的所述储液加液器的驱动位置，当所述驱动组件处于所述驱动位置时，所述驱动组件能够驱动对应的所述储液加液器的泵送动作。

2.根据权利要求1所述的加液装置，其特征在于，所述管路模块包括主管路和多个支管路，多个所述支管路的一端与所述主管路相连通，另一端与所述储液加液器相连通；

任一所述储液加液器中和/或其相连的支管路中或所述储液加液器和支管路之间设置有单向阀，所述单向阀仅允许所述生物反应液向泵出所述储液加液器的方向流动。

3.根据权利要求1所述的加液装置，其特征在于，所述泵液模块和管路模块及其对应的生物反应器还设置有多组，多组所述泵液模块中的多个储液加液器共用同一所述驱动模块。

4.根据权利要求1所述的加液装置，其特征在于，还包括称重模块，当所述生物反应器设置于所述加液装置中时，所述称重模块能够实时测量所述生物反应器的总质量变化。

5.根据权利要求4所述的加液装置，其特征在于，还包括控制模块，所述控制模块分别与所述移动组件、驱动组件以及称重模块电连接。

6.根据权利要求1所述的加液装置，其特征在于，所述储液加液器的驱动形式为活塞驱动。

7.根据权利要求1或6所述的加液装置，其特征在于，所述移动组件包括机械臂和/或运动平台，所述驱动组件包括按压主轴；

所述按压主轴的一端固定在所述移动组件的运动端，另一端能够向接近所述储液加液器的方向运动，以驱动所述储液加液器的泵送动作。

8.根据权利要求7所述的加液装置，其特征在于，所述储液加液器包括储液筒和加液筒，所述储液筒与所述加液筒连通且设置有第一单向阀，所述第一单向阀仅允许所述生物反应液自所述储液筒流向所述加液筒中；所述加液筒内设置有能够被所述驱动组件驱动的活塞以及在所述加液筒与管路模块之间还设置有第二单向阀，所述第二单向阀仅允许所述生物反应液自所述加液筒中流向所述管路模块。

9.根据权利要求8所述的加液装置，其特征在于，所述储液筒设置有补液口，能够向所述储液筒中补充所述生物反应液。

10.根据权利要求9所述的加液装置，其特征在于，所述按压主轴的末端设置有挂钩结构，所述挂钩结构能够扣合在用于驱动所述活塞的推杆的末端，以驱使所述活塞运动从而吸取所述生物反应液。