一种细胞培养用激流式生物反应器的制作方法

本发明涉及细胞培养设备技术领域，具体为一种细胞培养用激流式生物反应器。

背景技术：

激流式生物反应器基于无鼓泡式新型传氧机制，通过激流式振荡器机械摇动产生激流而使培养液反复冲刷细胞培养袋内表面的氧分子层，进而使氧分子迅速溶解于培养液中，以满足细胞正常生产和代谢的需求。激流式生物反应器，罐体底部为锥状与摇床面固定，反应器在工作时，随摇床的转动，反应器中的液体形成类似涡流柱，扩大了气液交换面积，并且大部分培养基都在罐内壁一侧，另一侧形成液膜，这种液膜能显著增加气液交换面积和氧传递率，反应器主体由罐体和摇床组成，罐体为细胞培养的容器，摇床为气体溶解提供搅拌的动力。

罐体内的培养液在流动过程中会产生气泡，因此需要向培养液中加入消泡剂，由于消泡剂不是溶解在体系中，而是分散在体系中，所以消泡剂在体系中的分散均匀度就显得至关重要。消泡剂的添加不当容易造成颗粒聚集，当颗粒聚集较大时，颗粒周围的培养液会出现较大的湍流，继而产生气泡。

制约动物细胞培养因素的其中之一就是生物反应器的混合效率，在生物反应器内，尤其是用于大规模细胞培养的生物反应器，其环境因素是极不均匀的。实验表明，细胞培养用激流式生物反应器内流场以水平运动剧烈，垂直方向上的交换比较缓慢，宏观上的对流扩散效果差，尤其是在培养液较多时，深度较大时，液体表面的溶氧，添加的营养物质，ph缓冲剂在垂直方向上的混合比较困难，现有技术中通过在生物反应器的内壁上添加一个不锈钢的螺旋轨道，虽然能够在一定程度上提高培养液上下混合，但是螺旋轨道的存在大大增加了对细胞的剪切力，因此也降低了细胞的存活率。

技术实现要素：

针对背景技术中提出的现有激流式生物反应器在使用过程中存在的不足，本发明提供了一种细胞培养用激流式生物反应器，具备提高消泡剂混匀效果，提高消泡剂消泡能力以及提高培养液竖向的混合程度的优点，解决了上述背景技术中提出的问题。

本发明提供如下技术方案：一种细胞培养用激流式生物反应器，包括振动器，罐体和控制器，所述罐体安装在振动器的上方，所述振动器与控制器电性连接，所述罐体的内腔装有培养液，所述罐体的顶部安装有密封盖，所述振动器的外壁上设有用于混合培养液的竖向混合组件，所述密封盖的底面设有收集器，所述罐体的侧壁设有消泡装置。

优选的，所述竖向混合组件包括下电磁体、上电磁体和流动液珠，所述下电磁体和上电磁体分别安装在罐体的底面和密封盖的顶面，所述下电磁体和上电磁体相对于罐体的中轴线两侧分布，所述下电磁体和上电磁体与控制器电性连接，所述流动液珠分散于罐体内腔中的培养液内。

优选的，所述流动液珠包括外裹膜和内磁液体，所述内磁液体密封包裹在外裹膜的内部，所述外裹膜采用不透水软质膜，所述内磁液体为磁化液体。

优选的，所述消泡装置包括内槽、注液泵、通孔和单向膜，所述内槽开设于罐体一侧的内壁中，所述内槽的内腔通过注液泵连通有消泡剂存储箱，所述通孔开设于罐体的内壁中且位于内槽的一侧，所述单向膜覆盖于通孔的表面。

优选的，所述通孔与内槽连通，所述内槽与罐体的中轴线相平行，所述单向膜为单向导液膜，所述内槽的内腔间歇性填充消泡剂。

优选的，所述收集器设于密封盖的底面且位于上电磁体的下方，所述收集器包括盒体，所述盒体的内部开设有收集口、聚集槽和出料道，所述收集口开设于盒体的底部，所述收集口呈喇叭状，所述收集口的顶部与聚集槽连通，所述出料道位于聚集槽的两侧并与收集口相连通，所述出料道连接有气泵。

本发明具备以下有益效果：

1、本发明通过在罐体内的培养液中放置流动液珠，并利用上下错位设置的下电磁体和上电磁体对流动液珠的吸引力而促使流动液珠在培养液内上下移动，使得流动液珠在重力、向心力以及磁作用力的下在呈圆滑的曲线型流动，配合流动液珠质软的特性，达到在避免增大对培养液剪切力的前提下提高对培养液上下混合的效果。

2、本发明通过在罐体的一侧开设内槽，配合在内槽处开设的通孔以及通孔上覆盖的单向膜所具有的选择通过性能，在需要向罐体内通入消泡剂时通过单向膜向罐体内均匀缓慢输送消泡剂，利用通孔、单向膜较大的覆盖面积增大消泡剂与培养液接触的面积，摒弃传统直接使用管道输送的方式，提高消泡剂扩散速度，加速对培养液的消泡效果。

3、本发明通过将内槽、通孔和单向膜设于下电磁体处，配合外裹膜对气泡较好的沾附特性，使得流动液珠在培养液中向下移动过程中能够沾附气泡并使得气泡更快与消泡剂接触，从而加快气泡的消除，进一步提高培养液的消泡效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明罐体的局部结构示意图；

图3为本发明罐体的俯视结构示意图；

图4为本发明密封盖处俯视剖视图；

图5为本发明流动液珠的结构示意图；

图6为本发明收集器的结构示意图。

图中：1、振动器；2、罐体；3、控制器；4、密封盖；5、下电磁体；6、上电磁体；7、内槽；8、通孔；9、单向膜；10、流动液珠；1001、外裹膜；1002、内磁液体；11、注液泵；12、收集器；1201、盒体；1202、收集口；1203、聚集槽；1204、出料道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6，一种细胞培养用激流式生物反应器，包括振动器1、罐体2和控制器3，罐体2安装在振动器1的上方，振动器1与控制器3电性连接，罐体2的内腔装有培养液，当通过控制器3控制罐体2振动时，培养液沿着罐体2的内壁周向旋转，培养液在罐体2的表面形成液膜，使得氧气能够更好的溶解在培养液中，罐体2的顶部安装有密封盖4，密封盖4用于将罐体2密封，在培养液内细胞生长期间，降低培养液的污染，振动器1的外壁上设有用于在竖直方向混合培养液的竖向混合组件，竖向混合组件包括下电磁体5、上电磁体6和流动液珠10，下电磁体5和上电磁体6分别安装在罐体2的底面和密封盖4的顶面，下电磁体5和上电磁体6相对于罐体2的中轴线两侧分布，下电磁体5和上电磁体6与控制器3电性连接，流动液珠10分散于罐体2内腔中的培养液内，流动液珠10包括外裹膜1001和内磁液体1002，内磁液体1002密封包裹在外裹膜1001的内部，外裹膜1001采用不透水软质膜，内磁液体1002为磁化液体，即磁化后的液体被包裹在外裹膜1001内，内磁液体1002和罐体2内的培养液互相无法融合，因此流动液珠10单独存在与培养液中；内磁液体1002受到下电磁体5、上电磁体6的磁吸引力时，流动液珠10在培养液中下移和上移，从而达到将带动培养液上下流动，实现提高培养液上下混合程度的作用，下电磁体5和上电磁体6对流动液珠10的吸引力应根据培养液量适当调整，防止流动液珠10移动出培养液内，避免流动液珠10在移动过程中频繁移出培养液流而造成对培养液的剪切力过大的问题；另外由于外裹膜1001质软，可在一定范围内发生形变，而且内磁液体1002也为柔软的液体，使得流动液珠10在移动过程可减小对培养液的剪切作用，相对于现有技术中在罐体2的内壁焊接旋转固体板而引导培养液在旋转时向上流动的方式，本方案中使用流动液珠10和下电磁体5、上电磁体6的配合能够降低培养液被剪切造成的细胞减少的情况；实验中发现，培养液的混合过程中，培养液内的湍流也是提高培养液混合均匀度的一个重要指标，但是现有技术中，培养液在固体旋转板处的湍流较大也会造成对培养液的剪切力过大，虽然能够提高湍流混匀的效果，但是对培养液内细胞损伤较大，在本方案中，在流动液珠10上下移动的过程中，由于流动液珠10同时受到竖向的重力和径向的向心力，流动液珠10的移动也并非直上直下的，而是沿圆滑的曲线移动，不仅可以降低对培养液中细胞的剪切作用，同时培养液在流动液珠10的外周形成湍流，可进一步提高培养液的混匀效果；

消泡装置包括内槽7、注液泵11、通孔8和单向膜9，内槽7开设于罐体2一侧的内壁中，内槽7的内腔通过注液泵11与消泡剂存储箱连通，因此注液泵11可将消泡剂向内槽7内输送，通孔8开设于罐体2的内壁中且位于内槽7的一侧，单向膜9覆盖于通孔8的表面，通孔8与内槽7连通，内槽7与罐体2的中轴线相平行，即内槽7为沿着罐体2的内壁竖直向下分布的，且只分布于罐体2底部设置下电磁体5的一侧，单向膜9为单向导液膜，单向导液膜是一种可以单方向导通液体的薄膜，它具有很多孔，表面无液体时孔是闭合的，当表面有液体出现时孔会自动打开，液体会顺孔流动，液体流完时，单向导液膜上的孔又会自动闭合，内槽7的内腔通过注液泵11间歇性输送消泡剂，当罐体2内腔中存在气泡时，则向内槽7内输送消泡剂，消泡剂则可通过单向膜9上的单向孔进入罐体2内腔的一侧，然后与罐体2内腔中培养液混合，由于通孔8沿着罐体2内壁的一侧均匀分布，因此消泡剂也均匀进入罐体2中，且由于单向膜9的孔很小，对消泡剂具有一定的分散混匀的效果，从而提高消泡剂的混合均匀程度；

另外，在选用外裹膜1001时，选用张力比水溶液或者常规培养液张力略大的材料制造，在培养液内存在气泡时，气泡则更容易沾附在外裹膜1001的表面，当流动液珠10在下电磁体5的吸引作用下向下电磁体5处移动时，由于内槽7、通孔8、单向膜9也位于下电磁体5的一侧，那么外裹膜1001上沾附的气泡则能快速与单向膜9上的消泡剂结合，从而迅速起到消泡的作用，提高消泡的速率，可减少浮到培养液面的气泡量，降低气泡破裂时对细胞的损伤；

在细胞的培养过程中，应随时检测培养液内的细胞情况，可通过间隔一定时间检测培养液内的细胞密度，若发现细胞密度持续下降，则可能流动液珠10的数量较多，则需要减少罐体2内得流动液珠10的数量，密封盖4的底面设有位于上电磁体6下方的收集器12，收集器12包括盒体1201，盒体1201的内部开设有收集口1202、聚集槽1203和出料道1204，收集口1202开设于盒体1201的底部，收集口1202呈喇叭状，收集口1202的顶部与聚集槽1203连通，出料道1204位于聚集槽1203的两侧并与收集口1202相连通，出料道1204连接有气泵，在需要减少流动液珠10数量的时候，增加上电磁体6的电流，使得移动至上电磁体6下方的流动液珠10在磁力作用下向上移动出培养液的表面，并且通过收集口1202进入聚集槽1203内，通过气泵的抽吸将流动液珠10通过出料道1204抽出，将出料道1204设置在聚集槽1203的两侧是为了防止竖直向上的直通抽吸会扰乱培养液的流动。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。