RU2032734C1

RU2032734C1 - Bioreactor for cultivating cells on magnet carriers

Info

Publication number: RU2032734C1
Authority: RU
Inventors: Е.Г. Иванов; Ю.А. Попов; А.М. Хохлов; А.А. Швяков
Original assignee: Научно-производственное объединение биологического приборостроения РАН
Priority date: 1992-10-02
Filing date: 1992-10-02
Publication date: 1995-04-10

Abstract

FIELD: biology. SUBSTANCE: bioreactor is provided with a device for cultivating cells, test tubes filled with magnetic powder. Magnetic carriers alongside cells fall into deposit on the surface of powder. In the process of cultivation the cells remain motionless. To make the cells separate from the surface they increase the velocity of horizontal flow by speeding up the impeller of the mixing device. EFFECT: higher efficiency and reliability. 1 dwg

Description

Изобретение относится к аппаратуре для культивирования клеток животных и человека и может быть использовано в биологии, медицине, животноводстве. The invention relates to apparatus for culturing animal and human cells and can be used in biology, medicine, animal husbandry.

Известно устройство (проспект "Gelli Gen" фирмы New Brunswick Scientific Co IWC), содержащее корпус с крышкой, датчики жизнеобеспечения, конденсатор, пробоотборное устройство, систему газообмена, блок управления с магнитным приводом и мешалку, у которой верхняя и нижняя крыльчатка имеют плоские лопасти. A device is known (Gelli Gen prospectus from New Brunswick Scientific Co IWC), comprising a housing with a cover, life support sensors, a capacitor, a sampling device, a gas exchange system, a magnetic control unit and an agitator with upper and lower impellers with flat blades.

Такой вид мешалки не обеспечивает вертикального перемешивания питательной среды. В процессе перемешивания клетки травмируются, ударяясь друг о друга и о выступающие части перемешивающего устройства. This type of mixer does not provide vertical mixing of the nutrient medium. In the process of mixing, the cells are injured, hitting each other and the protruding parts of the mixing device.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является биореактор (проспект Gelli Gen фирмы New Brunswick Scientific Co IWC, отличающийся от описанного тем, что перемешивающее устройство снабжено верхней и нижней крыльчатками, имеющими винтовые лопасти. Такое перемешивающее устройство обеспечивает перемешивание среды в вертикальных плоскостях, но не снижает уровня травматизма клеток. Closest to the claimed technical solution is a bioreactor (Gelli Gen prospect of New Brunswick Scientific Co IWC, different from that described in that the mixing device is equipped with upper and lower impellers having helical blades. Such a mixing device provides mixing of the medium in vertical planes, but does not reduce cell injury rate.

Целью изобретения является снижение уpовня травматизма клеток в процессе их выращивания. The aim of the invention is to reduce the level of injury to cells in the process of growing them.

Цель достигается тем, что в известный биореактор, содержащий корпус с крышкой, на которой установлены датчики жизнеобеспечения, пробоотборное устройство, конденсатор и смонтировано перемешивающее устройство с верхней и нижней крыльчатками, систему газообмена, термоста- тирующее устройство и блок управления с магнитным приводом, согласно предложенному техническому решению снабжен устройством для культивирования клеток на магнитных носителях, неподвижно закрепленном внутри корпуса и содержащем обойму с отверстиями, в которых жестко установлены герметично запаянные пробирки, наполненные магнитной крошкой, а у перемешивающего устройства нижняя крыльчатка имеет винтовые, а верхняя прямые лопасти. The goal is achieved by the fact that in a known bioreactor comprising a housing with a cover on which life support sensors are installed, a sampling device, a capacitor and a mixing device with upper and lower impellers, a gas exchange system, thermostatic device and a magnetic drive control unit are installed, according to the proposed the technical solution is equipped with a device for culturing cells on magnetic media, fixedly mounted inside the housing and containing a clip with holes in which it is rigidly hermetically sealed tubes filled with magnetic chips are installed, and for the mixing device, the lower impeller has screw and the upper straight blades.

Предложенное в техническом решении устройство для выращивания клеток на магнитных носителях позволяет практически ликвидировать травматизм клеток, так как, попадая в питательную среду, клетки на магнитных носителях начинают притягиваться к пробиркам, которые заполнены магнитной крошкой, и оседают на них. Во время всего процесса выращивания клетки закреплены на пробирках и при этом хорошо снабжаются питательными веществами из среды, которая интенсивно перемешивается во всем рабочем объеме биореактора как в вертикальных, так и в горизонтальных плоскостях. Такое перемешивание возможно благодаря наличию у перемешивающего устройства крыльчатки с винтовыми лопастями. Крыльчатка с прямыми лопастями способствует перемешиванию питательной среды в горизонтальных плоскостях, но основное ее назначение создание мощного горизонтального потока для отрыва клеток с носителями от поверхности пробирок после завершения процесса культивирования. The device for growing cells on magnetic carriers proposed in the technical solution allows practically eliminating the injuries of cells, since when they get into the nutrient medium, cells on magnetic carriers begin to be attracted to test tubes that are filled with magnetic chips and settle on them. During the entire growth process, the cells are fixed on test tubes and at the same time are well supplied with nutrients from the medium, which is intensively mixed in the entire working volume of the bioreactor in both vertical and horizontal planes. Such mixing is possible due to the presence of an impeller with helical blades in the mixing device. An impeller with straight blades promotes mixing of the nutrient medium in horizontal planes, but its main purpose is to create a powerful horizontal flow to detach cells with carriers from the surface of the tubes after completion of the cultivation process.

На чертеже показана конструкция биореактора для культивирования клеток на магнитных носителях. The drawing shows the design of a bioreactor for culturing cells on magnetic media.

Биореактор состоит из следующих основных частей: электронного блока управления 1, культиватора 2, состоящего из стеклянного корпуса 3 с крышкой 4, и устройства для культивирования клеток на магнитных носителях 5, установленного внутри корпуса 3. The bioreactor consists of the following main parts: an electronic control unit 1, a cultivator 2, consisting of a glass case 3 with a cover 4, and a device for culturing cells on magnetic media 5 installed inside the case 3.

Электронный блок управления 1 содержит вращающийся магнитный привод 6, стойку с термостатирующим устройством (нагревателем) 7, устройство газообмена 8, в состав которого входят электропневмообразователь 9 и регулируемый пневмодроссель 10. От источника сжатого газа 11 в стеклянный корпус 3 газ попадает через устройство газообмена 8, штуцер 12, установленный на крышке 4, и барботер 13. The electronic control unit 1 contains a rotating magnetic drive 6, a rack with a thermostatic device (heater) 7, a gas exchange device 8, which includes an electropneumatic generator 9 and an adjustable pneumatic throttle 10. From a source of compressed gas 11, the gas enters the glass case 3 through a gas exchange device 8, the fitting 12 mounted on the cover 4, and the bubbler 13.

На крышке 4 установлены: конденсатор 14, датчики жизнеобеспечения (РН, РО₂ ^оС) 15, пробоотборное устройство 16, перемешивающее устройство 17, закрепленное на сферическом подшипнике 18, штуцеры 19 для подачи и отсоса питательной среды.On the lid 4 are installed: a capacitor 14, life support sensors (PH, RO ₂ ^о С) 15, a sampling device 16, a mixing device 17 mounted on a spherical bearing 18, fittings 19 for supplying and suctioning a nutrient medium.

Перемешивающее устройство 17 содержит вал 20, на котором установлены нижняя крыльчатка 21 с винтовыми лопастями и верхняя крыльчатка 22 с прямыми лопастями, полумуфту 23 с вклеенными магнитами 24. The mixing device 17 comprises a shaft 20 on which a lower impeller 21 with screw blades and an upper impeller 22 with straight blades, a coupling half 23 with glued magnets 24 are mounted.

Устройство для культивирования клеток на магнитных носителях 5 состоит из обоймы 25, жестко установленной на барботере 12, и пробирок 26, заполненных магнитной крошкой и герметично запаянных. A device for culturing cells on magnetic media 5 consists of a holder 25, rigidly mounted on the bubbler 12, and tubes 26, filled with magnetic chips and hermetically sealed.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Стеклянный корпус 3 через штуцеры 19 заполняют питательной средой. Включают электронный блок управления 1. Вращение магнитного привода 6 передается перемешивающему устройству 17 через полумуфту 23 с магнитами 24. Включается термостатирующее устройство 7. В корпусе 3 устанавливается температура питательной среды +37^оС. Начинает работать устройство газообмена 8, при помощи которого газ от источника сжатого газа 11 через установленный на крышке 4 и штуцер 12 попадается в барботер 13 и через отверстия в горизонтальной нижней трубке в питательную среду. Аэрация питательной среды газом происходит периодически благодаря наличию в устройстве газообмена электропневмо- преобразователя 9, причем давление газа в трубках барботера 13 не падает до нуля из-за регулируемого пневмодросселя 10, через который преобразователь 9 соединяется с атмосферой. При такой подаче газа значительно снижается степень пенообразования.The glass housing 3 through the fittings 19 is filled with a nutrient medium. Include an electronic control unit 1. The rotation of the magnetic drive agitator 6 is transmitted through the coupling half 17 with magnets 23, 24. Included thermostatic device 7. The housing 3 is set nutrient medium temperature of 37 ^° C starts to operate gas exchange device 8, through which the gas from source compressed gas 11 through installed on the cover 4 and the nozzle 12 enters the bubbler 13 and through the holes in the horizontal lower tube into the nutrient medium. The aeration of the nutrient medium with gas occurs periodically due to the presence of an electro-pneumatic converter 9 in the gas exchange device, and the gas pressure in the tubes of the bubbler 13 does not drop to zero due to the adjustable pneumatic throttle 10 through which the converter 9 is connected to the atmosphere. With this gas supply, the degree of foaming is significantly reduced.

Введение суспензии клеток на магнитных носителях в корпус 3 происходит через штуцер 19. Попадая в питательную среду, клетки вместе с ней активно перемещаются не только в горизонтальных но и в вертикальных плоскостях благодаря винтовой крыльчатке 21 перемешивающего устройства 17. В течение нескольких минут клетки с носителями за счет магнитного притяжения оседают на пробирках 26 устройства 5 для культивирования клеток на магнитных носителях. The introduction of a suspension of cells on magnetic media into the housing 3 occurs through the nozzle 19. Once in the nutrient medium, the cells along with it actively move not only in horizontal but also in vertical planes thanks to the screw impeller 21 of the mixing device 17. Within a few minutes, the cells with the carriers behind due to magnetic attraction settle on test tubes 26 of the device 5 for culturing cells on magnetic media.

Так как скорость вращения перемешивающего устройства 17 в процессе культивирования 40-60 об/мин, горизонтальная составляющая потока, создаваемая вращением крыльчатки 22 с плоскими лопастями, недостаточна для отрыва клеток от стенок пробирок 26. Since the rotation speed of the mixing device 17 during the cultivation process is 40-60 rpm, the horizontal component of the flow created by the rotation of the impeller 22 with flat blades is insufficient to detach cells from the walls of the tubes 26.

Таким образом, в процессе выращивания клетки остаются неподвижными, закрепленными на пробирках, что исключает травматизм клеток от соударений между собой и о вращающиеся части перемешивающего устройства 17. Thus, during the growing process, the cells remain motionless, fixed on test tubes, which eliminates the injury of cells from collisions between themselves and about the rotating parts of the mixing device 17.

Продукты испарения из культиватора 2 попадают в конденсатор 14, где, охлаждаясь, конденсируются и возвращаются в стеклянный корпус 3. Этот процесс уменьшает потери жидкости при испарении среды. По окончании процесса выращивания блок управления 1 устанавливается в режим, при котором перемешивающее устройство 17 развивает скорость вращения порядка 140-160 об/мин. При этом горизонтальная составляющая потока, создаваемая крыльчаткой 22, достаточна для отрыва клеток на магнитных носителях от поверхности пробирок 26. Через штуцер 19 полученную смесь откачивают из культиватора 2. The evaporation products from the cultivator 2 fall into the condenser 14, where, when cooled, they condense and return to the glass case 3. This process reduces the loss of liquid during evaporation of the medium. At the end of the growing process, the control unit 1 is set to a mode in which the mixing device 17 develops a rotation speed of about 140-160 rpm. In this case, the horizontal component of the flow created by the impeller 22 is sufficient to detach the cells on magnetic media from the surface of the tubes 26. Through the nozzle 19, the resulting mixture is pumped out from the cultivator 2.

Claims

BIOREACTOR FOR CULTIVATION OF CELLS ON MAGNETIC CARRIERS, comprising a housing with a cover, life support sensors installed therein, a sampling device, a condenser, a mixing device with upper and lower impellers, a gas exchange system, a thermostatic device, and a control unit with a magnetic drive, characterized in that a holder with holes in which hermetically sealed tubes filled with magnetic chips are rigidly installed and serve to precipitate the carrier with cells, while I impeller stirring device made straight, and the lower screw blades.