一种压差调节系统、连续收获系统的制作方法

1.本实用新型属于生物工程技术领域，特别涉及一种压差调节系统、连续收获系统。


背景技术：

2.随着生产技术逐渐进步，生物制药技术领域飞速发展。这种发展由许多因素推进。其中，制药装备方面新技术、新应用的出现或创新，对生物制药核心工艺设备形成升级换代，起到至关重要的作用，尤其在以细胞培养装置为核心的上游生产工艺方面。
3.生物反应器是衔接蛋白质药物、疫苗等实验室技术研究与工厂规模化生产的桥梁。作为生物制药产业必不可少的重要组成部分，生物反应器为生物制药产业的发展起到支柱作用。以生物反应器为核心的细胞培养设备的改进，使得大量和低成本地进行生物目的产物(例如蛋白、疫苗、抗体等)的生产成为可能。这些在生物药物生产开发领域尤其普遍。多种基于新药的治疗方法的成功直接归因于能够通过基于规模化细胞培养的生产方法大量制备这些新药。
4.常规的细胞培养装置为适用于批式工艺(batch)、流加工艺(fed-batch)的生物反应器。由于批式工艺、流加工艺流程简单，并且由成熟的发酵工艺发展而来，因此被广泛应用。在批式工艺中，将一定量细胞接种于装有一定量培养液的生物反应器中，在生长周期过程中，不进行任何营养液的补充或代谢废液的排出，培养一定时间后，细胞和目的产物一次收获，再通过下一步过滤手段出除细胞及碎片，收获上清。而流加工艺中，将一定量细胞接种于装有一定量(较小)培养液的生物反应器中，培养过程中逐步添加新鲜的营养物或培养液，来满足生产过程中，营养消耗，从而维持细胞的生长，提高生产率，培养一定时间后，细胞和目的产物一次收获，在收集培养液之后，再通过下一步过滤手段出除细胞及碎片，收获上清，回收目的产物。然而，上述两种工艺中，由于生物反应器为闭环装置，因此细胞生长过程中代谢的废物的无法排出，从而造成细胞生产期维持时间短，细胞利用率很低，并且收获时获得的培养液含有大量细胞及碎片，造成下步分离纯化工艺巨大压力。同时，根据生产产能要求，具有成本效益的大量的目的产物的制备需要更大的生产容器体积，势必造成车间占地面积、人员需求、公用系统能耗等多方面成本的提高。在批式、流加工艺收获完成后，生物反应器等细胞培养装置必须再清洁并再灭菌，这导致非生产性停工期延长。
5.为了解决批式工艺、流加工艺中“细胞利用率低，产能小”的问题，人们开发出了连续收获细胞培养装置以及相配合的连续工艺。培养细胞时，首先将一定量细胞接种于装有一定量培养液的连续收获细胞培养装置中。培养过程中逐步向连续收获细胞培养装置中添加新鲜的营养物或培养液，来满足细胞对营养的需求，从而维持细胞的生长，提高生产率。另外，连续收获细胞培养装置通过其外循环细胞截留过滤装置截留细胞的同时排出代谢废物和抑制生长的副产物，使细胞状态和细胞密度达到更高的水平，维持细胞最佳状态更长的时间，达到连续、多次收获目的产物的目的。培养一定时间后，直接收获上清，不需要再过滤即可直接进入下一步工序。连续收获细胞培养装置可以提高细胞密度，所达到的细胞密度(1～2
×
108cells/ml)通常高于分批流加模式的细胞密度(1～2
×
107cells/ml)，延长细
胞凋亡时间，通常从2～3周提高到4～6周时间甚至更长时间，同等规模设备提高产能5～10倍，从而减少装备容积需求或数量需求，减少人员、场地及能耗。
6.但是，现有连续收获细胞培养装置以及相配合的连续工艺中，细胞液的外循环过程一般通过交替式隔膜泵、蠕动泵或者离心泵实现。交替式隔膜泵、蠕动泵或者离心泵在使用过程中会对细胞液产生较大的剪切力，导致细胞液中的细胞大量损伤，从而堵塞膜孔，导致无法连续收获，影响培养效率。


技术实现要素：

7.为了减小采用连续工艺培养细胞时细胞在外循环过程中因剪切力而造成的损伤，提高细胞培养的效率，本实用新型提供一种压差调节系统、连续收获系统。
8.本实用新型的一种压差调节系统的技术方案如下：
9.一种压差调节系统，包括流动腔室、空气泵、真空泵；
10.所述流动腔室的上部设置进液口、充气口、抽气口，下部设置出液口；
11.所述进液口通过管道与第一阀门的一端连接；所述第一阀门的另一端通过管道与生物反应器的物料出口连接；所述充气口通过管道与第二阀门的一端连接；所述第二阀门的另一端通过管道与空气泵连接；所述抽气口通过管道与第三阀门的一端连接；所述第三阀门的另一端通过管道与真空泵的抽气端连接；所述出液口通过管道与第四阀门的一端连接；所述第四阀门的另一端通过管道与过滤装置的培养液入口连接；
12.本实用新型的一种压差调节系统，使用时，首先关闭空气泵，打开第一阀门，关闭第二阀门，打开第三阀门，关闭第四阀门，启动真空泵，将流动腔室内的气体抽出，使流动腔室内的气压小于生物反应器的罐体内的气压,从而将生物反应器的罐体中的细胞液从生物反应器的物料出口抽出并抽入流动腔室中；然后，关闭真空泵，关闭第一阀门，打开第二阀门，关闭第三阀门，打开第四阀门，启动空气泵，将空气充入流动腔室，使流动腔室内的气压大于生物反应器的罐体内的气压,从而将流动腔室中的细胞液打入设置于生物反应器与压差调节系统之间的过滤装置；细胞液经过滤装置处理后，从生物反应器的物料回口返回生物反应器的罐体内，从而实现细胞液的外部循环。
13.本实用新型的一种压差调节系统，通过压力变化实现细胞液的外部循环，避免了交替式隔膜泵、蠕动泵或者离心泵等对设备产生的剪切力对细胞造成损伤，从而提高了细胞的培养效率。
14.进一步的，所述的压差调节系统中，所述流动腔室内设置液位计。液位计用于检测流动腔室内细胞液的液位高度，配合自控系统使用，可提高压差调节系统的自动化程度。当流动腔室内细胞液的液位达到液位计设定的高度时，停止向流动腔室输送细胞液。
15.进一步的，所述的压差调节系统中，所述第二阀门与空气泵之间的管道上设置流量控制器以及压力表。流量控制器用于测量及控制流动腔室的进气量，流量控制器可以是质量流量计，也可以是可调节流量的转子流量计，两者可同时安装。压力表用于检测流动腔室的压力。流量控制器、压力表共同保证压差调节系统可以正常工作。
16.进一步的，所述的压差调节系统中，所述流动腔室为多个；各个流动腔室的进液口、充气口、抽气口、出液口处分别配套设置对应的第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门。多个流动腔室可以以并联的方式连接在压差调节系统中，从而实现多个流动腔室的交
替工作。
17.进一步的，所述的压差调节系统中，还包括储气罐，所述储气罐的进气口通过管道与真空泵的出气端连接；所述储气罐的出气口通过管道与第二阀门与空气泵之间的管道连接。真空泵从流动腔室抽出的气体存储在储气罐内。当需要对流动腔室加压时，首先使用储气罐内的气体。当储气罐内的气体无法满足细胞液的外部循环时，再启动空气泵，补充新的气体进入外部循环。采用储气罐帮助细胞液实现外部循环的方式可以减少外部环境对细胞的干扰，减小细胞被污染的可能性，从而提高细胞的培养效率。
18.进一步的，所述的压差调节系统中，为了保证空气的洁净度，第二阀门与空气泵之间的管道上设置空气过滤器；第三阀门与真空泵之间的管道上设置空气过滤器。
19.本实用新型还提供一种连续收获系统，技术方案如下：
20.一种连续收获系统包括过滤装置、压差调节系统、生物反应器；
21.所述过滤装置包括装置本体、设置于装置本体下部的培养液入口、设置于装置本体上部的培养液出口、设置于装置本体中部的收获口；所述装置本体内设置滤芯；所述培养液入口通过管道与压差调节系统的第四阀门连接；
22.所述生物反应器包括罐体；所述罐体上部设置物料出口、物料回口；所述物料出口通过管道与压差调节系统的第一阀门连接；所述物料回口通过管道与过滤装置的培养液出口连接；出料管在罐体内与物料出口连接，出料管的下端靠近罐体底部设置。
23.本实用新型的一种连续收获系统，使用时，首先关闭空气泵，打开第一阀门，关闭第二阀门，打开第三阀门，关闭第四阀门，启动真空泵，将流动腔室内的气体抽出，使流动腔室内的气压小于生物反应器的罐体内的气压,从而将生物反应器的罐体中的细胞液从生物反应器的物料出口抽出并抽入流动腔室中；然后，关闭真空泵，关闭第一阀门，打开第二阀门，关闭第三阀门，打开第四阀门，启动空气泵，将空气充入流动腔室，使流动腔室内的气压大于生物反应器的罐体内的气压,从而将流动腔室中的细胞液打入过滤装置；在过滤装置中，细胞液中的目的产物或代谢废液通过动泵经收获口排出，从而实现细胞液的提取或浓缩，而过滤后的细胞液则从生物反应器的物料回口返回生物反应器的罐体内，从而实现细胞液的外部循环。
24.本实用新型的一种连续收获系统，通过压力变化实现细胞液的外部循环，避免了交替式隔膜泵、蠕动泵或者离心泵等对设备产生的剪切力对细胞造成损伤，从而提高了细胞的培养效率。
25.进一步的，所述的连续收获系统中，所述罐体上部还设置补料口。新鲜的培养液可以通过蠕动泵经补料口补充至罐体内。
26.进一步的，所述的连续收获系统中，还包括用于生物反应器称重的称重传感器。称重传感器包括但不限于台秤、称重模块、压差液位计、电接点液位计、雷达液位计等容积控制方式。称重传感器用于生物反应器的容积控制。当称重传感器检测到罐体内细胞液较少时，可以通过蠕动泵将新鲜的培养液经补料口补充至罐体内。当称重传感器检测到罐体内细胞液较多时，则停止蠕动泵工作。
27.进一步，所述的连续收获系统中，所述过滤装置还包括设置于装置本体中部的反洗口。连续收获系统工作一段时间后，细胞液通过反洗口的流量会随透膜压力的增大而减小。此时，可以关闭第四阀门、第一阀门，然后通过蠕动泵将新鲜的培养液从反洗口打入装
置本体，反向冲洗滤芯1至3秒，缓解堵塞情况。新鲜的培养液最后经培养液出口流入罐体中。
28.进一步的，所述的连续收获系统中，具体的，过滤装置、压差调节系统、生物反应器中所使用的管道包括但不限于硅胶软管、塑料硬管、不锈钢管道。
附图说明
29.图1是本实用新型的一种连续收获系统的示意图。
具体实施方式
30.以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
31.实施例1：
32.参考图1，本实施例提供一种压差调节系统2，包括流动腔室201(流动腔室201的承压为0.1至0.2mpa；流动腔室201材质包括但不限于高硼硅玻璃、不锈钢、聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚氯乙烯(pvc)、聚苯乙烯(ps)、丙烯腈
─
丁二烯
─
苯乙烯共聚合物(abs)、聚对苯二甲酸乙二酯(pet)、聚四氟乙烯(ptfe)、聚偏二氟乙烯(pvdf)；流动腔室201可以清洗后高压灭菌反复使用，也可以为一次性使用)、空气泵210、真空泵211；
33.所述流动腔室201的上部设置进液口202、充气口203、抽气口204，下部设置出液口205；进液口202、充气口203、抽气口204、出液口205可以与流动腔室201一体成型，也可以作为配件安装在流动腔室201对应的开孔上。另外，为了减少流动腔室201上的接口数量，充气口203、抽气口204可合并为一个接口，即通过三通将抽气口204连接在充气口203与第二阀门207之间的管道上；
34.所述进液口202通过管道与第一阀门206的一端连接；所述第一阀门206的另一端通过管道与生物反应器1的物料出口102连接；所述充气口203通过管道与第二阀门207的一端连接；所述第二阀门207的另一端通过管道与空气泵210连接；所述抽气口204通过管道与第三阀门208的一端连接；所述第三阀门208的另一端通过管道与真空泵211的抽气端连接；所述出液口205通过管道与第四阀门209的一端连接；所述第四阀门209的另一端通过管道与过滤装置3的培养液入口302连接；第一阀门206、第二阀门(207)、第三阀门(208)、第四阀门(209)可以采用电动管夹阀。
35.本实施例的一种压差调节系统2，使用时，首先关闭空气泵210，打开第一阀门206，关闭第二阀门207，打开第三阀门208，关闭第四阀门209，启动真空泵211，将流动腔室201内的气体抽出，使流动腔室201内的气压小于生物反应器1的罐体101内的气压,从而将生物反应器1的罐体101中的细胞液从生物反应器1的物料出口102抽出并抽入流动腔室201中；然后，关闭真空泵211，关闭第一阀门206，打开第二阀门207，关闭第三阀门208，打开第四阀门209，启动空气泵210，将空气充入流动腔室201，使流动腔室201内的气压大于生物反应器1的罐体101内的气压,从而将流动腔室201中的细胞液打入设置于生物反应器1与压差调节系统2之间的过滤装置3；细胞液经过滤装置3处理后，从生物反应器1的物料回口103返回生物反应器1的罐体101内，从而实现细胞液的外部循环。
36.本实施例的一种压差调节系统2，通过压力变化实现细胞液的外部循环，避免了交替式隔膜泵、蠕动泵或者离心泵等对设备产生的剪切力对细胞造成损伤，从而提高了细胞的培养效率。
37.作为较佳的实施方式，所述的压差调节系统2中，所述流动腔室201内设置液位计212。液位计212用于检测流动腔室201内细胞液的液位高度，配合自控系统使用，可提高压差调节系统2的自动化程度。当流动腔室201内细胞液的液位达到液位计212设定的高度时，停止向流动腔室201输送细胞液。
38.作为较佳的实施方式，所述的压差调节系统2中，所述第二阀门207与空气泵210之间的管道上设置流量控制器213以及压力表214。流量控制器213用于测量及控制流动腔室201的进气量，流量控制器213可以是质量流量计，也可以是可调节流量的转子流量计，两者可同时安装。压力表214用于检测流动腔室201的压力。流量控制器213、压力表214共同保证压差调节系统2可以正常工作。
39.作为较佳的实施方式，所述的压差调节系统2中，所述流动腔室201为多个；各个流动腔室201的进液口202、充气口203、抽气口204、出液口205处分别配套设置对应的第一阀门206、第二阀门207、第三阀门208、第四阀门209。多个流动腔室201可以以并联的方式连接在压差调节系统2中，从而实现多个流动腔室201的交替工作。
40.作为较佳的实施方式，所述的压差调节系统2中，还包括储气罐215，所述储气罐215的进气口通过管道与真空泵211的出气端连接；所述储气罐215的出气口通过管道与第二阀门207与空气泵210之间的管道连接。真空泵211从流动腔室201抽出的气体存储在储气罐215内。当需要对流动腔室201加压时，首先使用储气罐215内的气体。当储气罐215内的气体无法满足细胞液的外部循环时，再启动空气泵210，补充新的气体进入外部循环。采用储气罐215帮助细胞液实现外部循环的方式可以减少外部环境对细胞的干扰，减小细胞被污染的可能性，从而提高细胞的培养效率。
41.作为较佳的实施方式，所述的压差调节系统2中，为了保证空气的洁净度，第二阀门207与空气泵210之间的管道上设置空气过滤器216；第三阀门208与真空泵211之间的管道上设置空气过滤器216。
42.实施例2：
43.参考图1，本实施例提供一种连续收获系统，可生产如蛋白或抗体等生物药物，用于浓缩目的产物，也可用于收集细胞本身，包括过滤装置3、如实施例1中所述的压差调节系统2、生物反应器1；
44.所述过滤装置3包括装置本体301、设置于装置本体301下部的培养液入口302、设置于装置本体301上部的培养液出口303、设置于装置本体301中部的收获口304；所述装置本体301内设置滤芯；滤芯可以为中空纤维柱；中空纤维柱的孔径包括但不限于50kd、0.1μm、0.2μm、0.45μm、0.65μm、1.2μm；中空纤维柱材质包括但不限于聚偏二氟乙烯(pvdf)、聚乙烯(pe)、聚丙烯腈(pan)。中空纤维柱为高压蒸汽灭菌，也可以是γ射线辐照灭菌；所述培养液入口302通过管道与压差调节系统2的第四阀门209连接；
45.所述生物反应器1包括罐体101、设置于罐体101内的搅拌装置106；所述罐体101上部设置物料出口102、物料回口103；所述物料出口102通过管道与压差调节系统2的第一阀门206连接；所述物料回口103通过管道与过滤装置3的培养液出口303连接；出料管105在罐
体101内与物料出口102连接，出料管105的下端靠近罐体101底部设置；生物反应器1的材质包括但不限于玻璃式生物反应器、塑料袋/瓶式生物反应器、不锈钢生物反应器；生物反应器1的类型包括但不限于搅拌式生物反应器、摇晃式生物反应器、波浪式生物反应器。
46.本实施例的一种连续收获系统，使用时，首先关闭空气泵210，打开第一阀门206，关闭第二阀门207，打开第三阀门208，关闭第四阀门209，启动真空泵211，将流动腔室201内的气体抽出，使流动腔室201内的气压小于生物反应器1的罐体101内的气压,从而将生物反应器1的罐体101中的细胞液从生物反应器1的物料出口102抽出并抽入流动腔室201中；然后，关闭真空泵211，关闭第一阀门206，打开第二阀门207，关闭第三阀门208，打开第四阀门209，启动空气泵210，将空气充入流动腔室201，使流动腔室201内的气压大于生物反应器1的罐体101内的气压,从而将流动腔室201中的细胞液打入过滤装置3；在过滤装置3中，细胞液中的目的产物(目的产物可以是细胞或病毒或蛋白或抗体)或代谢废液通过动泵4经收获口304排出，从而实现细胞液的提取或浓缩，而过滤后的细胞液则从生物反应器1的物料回口103返回生物反应器1的罐体101内，从而实现细胞液的外部循环。
47.本实施例的一种连续收获系统，通过压力变化实现细胞液的外部循环，避免了交替式隔膜泵、蠕动泵或者离心泵等对设备产生的剪切力对细胞造成损伤，从而提高了细胞的培养效率。
48.作为较佳的实施方式，所述的连续收获系统中，所述罐体101上部还设置补料口104。新鲜的培养液可以通过蠕动泵4经补料口104补充至罐体101内。
49.作为较佳的实施方式，所述的连续收获系统中，还包括用于生物反应器1称重的称重传感器107。称重传感器107包括但不限于台秤、称重模块、压差液位计、电接点液位计、雷达液位计等容积控制方式。称重传感器107用于生物反应器1的容积控制。当称重传感器107检测到罐体101内细胞液较少时，可以通过蠕动泵4将新鲜的培养液经补料口104补充至罐体101内。当称重传感器107检测到罐体101内细胞液较多时，则停止蠕动泵4工作。
50.作为较佳的实施方式，所述的连续收获系统中，所述过滤装置3还包括设置于装置本体301中部的反洗口305。连续收获系统工作一段时间后，细胞液通过反洗口305的流量会随透膜压力的增大而减小。此时，可以关闭第四阀门209、第一阀门206，然后通过蠕动泵4将新鲜的培养液从反洗口305打入装置本体301，反向冲洗滤芯1至3秒，缓解堵塞情况。新鲜的培养液最后经培养液出口303流入罐体101中。
51.作为较佳的实施方式，所述的连续收获系统中，具体的，过滤装置3、压差调节系统2、生物反应器1中所使用的管道包括但不限于硅胶软管、塑料硬管、不锈钢管道。
52.实施例3：
53.参考图1，本实施例提供一种实施例2所述的连续收获系统的使用方法，包括如下步骤：
54.s1，关闭空气泵210，打开第一阀门206，关闭第二阀门207，打开第三阀门208，关闭第四阀门209，启动真空泵211，将流动腔室201内的气体抽出，使流动腔室201内的气压小于生物反应器1的罐体101内的气压,从而将生物反应器1的罐体101中的细胞液从生物反应器1的物料出口102抽出并抽入流动腔室201中；
55.s2，关闭真空泵211，关闭第一阀门206，打开第二阀门207，关闭第三阀门208，打开第四阀门209，启动空气泵210，将空气充入流动腔室201，使流动腔室201内的气压大于生物
反应器1的罐体101内的气压,从而将流动腔室201中的细胞液打入过滤装置3；在过滤装置3中，细胞液中的目的产物(目的产物可以是细胞或病毒或蛋白或抗体)或代谢废液通过蠕动泵4经收获口304排出，而过滤后的细胞液则从生物反应器1的物料回口103返回生物反应器1的罐体101内；
56.s3，重复s1至s2，实现细胞液的外部循环。
57.本实施例的一种连续收获系统的使用方法，通过压力变化实现细胞液的外部循环，避免了交替式隔膜泵、蠕动泵或者离心泵等对设备产生的剪切力对细胞造成损伤，从而提高了细胞的培养效率。
58.作为较佳的实施方式，所述的连续收获系统的使用方法中，s2中，将空气充入流动腔室201时，首先使用储气罐215中的气体，当储气罐215内的气体无法满足细胞液的外部循环时，再启动空气泵210。采用储气罐215帮助细胞液实现外部循环的方式可以减少外部环境对细胞的干扰，减小细胞被污染的可能性，从而提高细胞的培养效率。
59.上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。