生物反应器及生物反应组的制作方法

1.本发明涉及一种生物反应器及生物反应组。


背景技术：

2.生物反应器的目的在于为所培养的细胞提供适合其生长或者产品合成的最优环境。这些环境参数包括但不限于溶氧(do)、二氧化碳分压(pco2)、酸度(ph)、渗透压、离子强度、底物浓度、温度、压强、剪切应力等。维持这些参数恒定和均一的方式一般是通过内部搅拌。
3.但是，由于搅拌带来的剪切力对细胞有较大的损害，但是若细胞培养生物反应器搅拌速率很低，则造成混合效果较差，反应器体积大了以后也无法保证各处浓度的均一性。尤其是在细胞浓度较高时，即便是反应器体积不是很大，混合不足也会造成局部代谢废物积累，ph偏离最优值等情况，影响细胞的生长和产物的合成，严重时造成细胞的凋亡。
4.虽然有各种不同的搅拌桨设计旨在降低剪切力，但是只要是采用这种形式的搅拌，问题就无法从根本上避免。同时，为了给反应器内的细胞提供氧气，生物反应器一般需要通气操作。为了提高传氧效率，常常使用微孔气体分布器。然而研究发现，小气泡在气液界面破裂时产生的剪切作用对细胞也有较大的损害，甚至大于搅拌造成的损伤。为了解决上述矛盾，有人发明了波浪式运动的袋式生物反应器。这种反应器将培养液平摊成很大的面积，主要靠气液界面进行直接的换气，而液相内的混合，靠的是整个反应袋的摆动。这种设计决定了这种反应器占地面积非常大，不适合作为高通量平行反应器使用。
5.有鉴于此，有必要对现有的生物反应器予以改进，以解决上述问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种生物反应器，以解决现有搅拌釜生物反应器搅拌时带来的剪切力对细胞有较大的损害的问题，以及波浪式反应器空间利用率低无法实现高通量培养的问题。
7.为实现上述目的，本发明提供一种生物反应器，所述生物反应器包括用以收容反应液的反应袋、用以收容所述反应袋的收容壳体、设置在所述反应袋内下方的气体分布器、用以驱动所述收容壳体和所述反应袋转动的支撑底座。
8.作为本发明的进一步改进，所述反应袋上设有与所述气体分布器连接第一进气口，所述收容壳体上设有用以暴露所述第一进气口的第二进气口。
9.作为本发明的进一步改进，所述反应袋上端设有第一出气口，所述收容壳体上设有用以暴露所述第一出气口的第二出气口。
10.作为本发明的进一步改进，所述反应袋上设有多个电极接口，所述收容壳体上设有用以暴露多个所述电极接口的电极开窗。
11.作为本发明的进一步改进，所述反应袋上设有多个液体进出口，所述收容壳体上设有用以暴露多个所述液体进出口的进出口开窗。
12.作为本发明的进一步改进，所述收容壳体上开设有用以观察所述反应袋的观察窗。
13.作为本发明的进一步改进，所述观察窗采用透明亚克力或者透明pvc制得。
14.作为本发明的进一步改进，所述收容壳体的高度大于长度和宽度。
15.作为本发明的进一步改进，所述收容壳体的底部呈半圆柱状，所述支撑底座上设有与所述收容壳体底部配合的半圆柱槽，所述支撑底座内设有驱动所述收容壳体沿所述半圆柱槽的轴线转动的驱动电机。
16.本发明还提供一种生物反应组，所述生物反应组包括多个如上述的生物反应器，多个所述生物反应器并排设置。
17.本发明的有益效果是：本发明的生物反应器及生物反应组，通过设置支撑底座将所述收容壳体和所述反应袋倾斜一定的角度，从而可以使得所述气体分布器产生的起泡可以带动反应液循环，起到混合效果；同时，多个小气泡在所述反应袋的侧壁上结合形成大气泡，在气液交汇处破裂可以降低对细胞的损伤。
附图说明
18.图1是本发明的生物反应组的结构示意图；图2是本发明的生物反应器的结构示意图；图3是本发明的生物反应器的反应袋的结构示意图；图4是本发明的生物反应器的反应袋工作原理示意图；图5是本发明的生物反应器的反应袋工作原理示意图；图6是本发明的生物反应器的反应袋内滴加示踪剂的混合过程。
具体实施方式
19.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
20.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖 直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
21.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
22.如图1至图6所示，本发明的生物反应组200包括多个所述生物反应组200并排设置。多个所述生物反应器100可以实现高通量反应液的收容及细胞的培养。
23.如图2至图3所示，生物反应器100包括用以收容反应液的反应袋1、用以收容所述反应袋1的收容壳体2、设置在所述反应袋1内下方的气体分布器3、用以驱动所述收容壳体2和所述反应袋1转动的支撑底座4。
24.所述气体分布器3用以向所述反应袋1中的反应液提供氧气或者氧气与其他空气的混合气体，以向供反应液内的细胞吸收。
25.所述反应袋1采用生物相容的柔性材料制成，所述反应袋1为为一次性使用。
26.所述反应袋1上设有与所述气体分布器3连接第一进气口11、贯穿设置的第一出气口12、多个电极接口13、多个液体进出口14。
27.所述气体分布器3设置在所述反应袋1内靠下的位置，以充分收容在反应液中，因此，所述第一进气口11也设置在靠下的位置，所述第一出气口12设置在上端，用以将细胞产生得到的co2或者其他气体排出。
28.所述电极接口13用以连接溶氧电极，ph电极，温度传感器，细胞密度传感器等过程分析仪器仪表，本实施例中，所述电极接口13的数量为四个。
29.多个所述液体进出口14用于连接补料管，取样管，灌流进、出管道等，本实施例中，所述液体进出口14的数量也为四个。
30.所述收容壳体2上设有用以暴露所述第一进气口11的第二进气口21、用以暴露所述第一出气口12的第二出气口22、用以暴露多个所述电极接口13的电极开窗23、用以暴露多个所述液体进出口14的进出口开窗24、所述收容壳体2上开设有用以观察所述反应袋1的观察窗25。
31.所述观察窗25采用透明亚克力或者透明pvc等导热性能较差的材料制得，用以方便用户观察所述反应袋1内的反应状态。
32.所述收容壳体2的高度大于长度和宽度，从而使得所述生物反应器100占用的地面面积尽可能的小。本实施例中，所述收容壳体2高55 cm，宽10 cm, 纵深为30 cm, 总容积15.8l，正常操作装液量12~13l，所述反应袋1的尺寸与所述收容壳体2的尺寸相当，从而在注液及注气后可以充满所述收容壳体2。
33.所述收容壳体2的底部呈半圆柱状，所述支撑底座4上设有与所述收容壳体2底部配合的半圆柱槽41，所述支撑底座4内设有驱动所述收容壳体2沿所述半圆柱槽41的轴线转动的驱动电机，且所述收容壳体2上设有用以控制转动角度的旋钮42，本实施例中，通过旋动所述旋钮42，从而可以控制所述收容壳体2的角度。在其他实施例中，也可以使用上位机进行远程操控。所述生物反应组200的每一个所述生物反应器100可以通过所述支撑底座4控制所述收容壳体2呈不同的角度，倾斜角度可以为6
°
，12
°
，24
°
或者其他角度。
34.如图2至图5所示，本发明的生物反应器100使用方式如下：将所述气体分布器3防止在所述反应袋1中，然后将反应袋1放置在所述收容壳体2内，将注气装置穿过所述第二进气口21和所述第一进气口11与所述气体分布器3连接，同时将其他仪器与所述电极接口13连接，其他管路与所述液体进出口14连接。通过旋动所述旋钮42，控制所述收容壳体2和所述反应袋1的转动角度，原则为所述反应袋1内反应液越多，倾斜角度越小，反应袋1内反应液越少，倾斜角度越大，目的是使得所述气体分布器3产生的小气泡未上升到反应液顶部时，即先接触到所述反应袋1的侧壁，然后沿着所述反应袋1的侧壁上升，同时多个小气泡合成较大的起泡。起泡带动反应液形成循环运动，实现混合效果，同时大气泡在上升到顶端的
时候破裂，相对多个小气泡对反应液内的细胞造成的损伤更小，多余的气体从所述第一出气口12和第二出气口22排出。
35.如图6所示，从所述反应袋1顶部加入一滴示踪剂后，示踪剂在反应袋1内部混合的过程。可以看到，示踪剂在10 s以内即完全混合，满足一般细胞培养对环境均一性的要求。
36.本发明的生物反应器100及生物反应组200，通过设置支撑底座4将所述收容壳体2和所述反应袋1倾斜一定的角度，从而可以使得所述气体分布器3产生的起泡可以带动反应液循环，起到混合效果；同时，多个小气泡在所述反应袋1的侧壁上结合形成大气泡，在气液交汇处破裂可以降低对细胞的损伤。
37.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
38.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。