CN109477052A - 单次使用生物反应器 - Google Patents

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安东尼·比尼
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Abstract

提供了一种单次使用生物反应器。所述单次使用生物反应器可包括生物工艺容器、外壳、至少一个搅拌器、至少一个喷射器、用于一个或多个喷射器和顶部空间覆盖物的至少一个气体过滤器入口端口、至少一个填充端口、至少一个收获端口、至少一个样品端口、以及至少一个探头。在实例中，至少一个控制器可监测并控制与所述单次使用生物反应器相关联的一个或多个参数。还提供了一种培养和增殖哺乳动物细胞的方法。所述方法可包括：在合适的条件下且在第一单次使用生物反应器中的合适培养基中培养，将包含通过从至少一个哺乳动物细胞增殖获得的细胞的培养基转移到第二单次使用生物反应器中，将包含通过从所述至少一个哺乳动物细胞增殖获得的细胞的培养基转移到第三单次使用生物反应器中，以及在所述第三生物反应器中培养所述细胞。

Description

单次使用生物反应器
相关申请的交叉引用
本申请要求提交于2016年6月3日的美国临时申请号62/345,381的优先权和权益，该临时申请的内容以引用方式并入本文。2016年6月24日提交的美国临时申请号62/354,216和以下公布各自据此全文以引用方式并入：美国专利公布号2011/0312087、美国专利公布号2017/0107476、WO公布号WO 2017/072201。
背景技术
生物反应器、或可在其中以实验室或工业规模进行生物反应或工艺的设备广泛用于生物制药行业中。生物反应器可用于补料分批应用，其中底物在某些时间供应给生物反应器并且其中产物保留在生物反应器中直到反应时间结束；或用于灌注应用，其中向生物反应器供应连续供应的底物，同时连续移除有害的副产物。生物反应器也可用于连续批量应用，
自20世纪90年代末以来，人们对生物制药行业中的单次使用生物处理解决方案的关注日益增加。这些解决方案降低新设施的资本成本和验证时间，通过缩短批次之间的周转时间来提高工厂吞吐量，并减轻清洁验证的负担。
这种对单次使用生物处理解决方案的关注包括了生物反应器单元操作。因此，单次使用生物反应器(SUB)正在成为生物制药行业中的标准主力。这些SUB由供应商作为现成的设计提供，从而限制了细胞培养工程师将SUB的几何形状与他们现有的搅拌槽反应器(STR)容量的几何形状相匹配的能力。例如，第一代SUB在叶轮数量和取向以及喷射器孔径方面偏离了常规的搅拌槽生物反应器(STR)几何形状。此外，单次使用生物反应器SUB生物反应器的一个显著特征是它们可以比常规STR更低的体积操作，从而带来相当大的操作灵活性。然而，这种做法进一步否定了几何相似性的原理。
被设计用于促进在通过细胞(诸如真核(哺乳动物)细胞)培养而进行的生物制剂的开发、生产操作和商业化中普遍使用的单次使用生物反应器的可用性受到现有技术的限制。这些限制部分源于：(i)对于最高至20,000L(诸如最高至100,000L)的大规模操作缺乏可缩放性；(ii)对于允许以有意义的方式进行工艺开发和工艺表征的小规模(～10mL或甚至～1mL)开发模型(其中所产生的小规模数据显示出与在生产规模下观察到的类似且相当的性能)缺乏可缩放性；(iii)由于容器选择和搅拌器设计参数造成的混合和曝气不足；以及(iv)用于允许施用团块状、小体积、浓缩的和通常在pH及渗透压方面为非生理性的进料和/或流速在每小时0.1％v/v至每小时12.5％v/v范围内的连续施用的进料或灌注物/保留物的添加端口的设计不足。
技术现状具有另外的限制，诸如(i)允许高流速而不使收获管在泵的吸入压头下塌缩的收获端口的设计不足；(ii)无法证明与现有的经过验证的生物反应器的工艺可比性；(iii)从接触的材料中引入生物活性组分；以及(iv)将生物活性培养基组分或细胞来源的代谢物螯合到容器液面上，这可能导致那些组分和代谢物变得对于存在于主体水相中的细胞而言是有限的或不可用的。
单次使用生物反应器的技术现状局限于10L且最高至2,000L的容器工作容积。合适的小规模(诸如小于10mL)开发模型的可用性的缺乏限制了细胞工程师进行有意义的工艺开发和工艺表征实验以支持细胞培养工艺的生产和商业化的能力。同时，大于2,000L的一次性生物反应器的可用性的缺乏阻碍了从可由按比例放大至最高2,000L而产生的商品成本降低中获益的能力。
此外，在50L以下的规模，一次性容器由与针对大于50L规模所设计的容器(其倾向于由柔性低密度聚乙烯基塑料构造)中使用的那些不同的材料(通常为刚性聚碳酸酯基塑料)构造。这些构造材料具有不同的组分可提取/可浸出特征分布；这些不同的特征分布可能以不同的方式影响细胞的生长、代谢或蛋白质合成。这些构造材料的疏水性也不同，如同它们吸附培养基内存在的疏水性组分的能力一样。因此，基于生物反应器容器中使用的构造材料，进料和/或材料表面上的活跃生长细胞的产生可能是不同的。
目前的一次性生物反应器设计依赖于混合和曝气特征的原理，这些原理尚未被证实超出现有技术中所描述的窄规模。现有技术中描述的一次性容器混合原理包括(i)轨道振荡或摇动以产生表面波纹，这允许表面层与液体主体的混合；(ii)叶轮轴上离心定位的叶轮或偏心安装在圆锥形容器底部的叶轮，这种叶轮允许通过叶轮区周围流体的涡旋进行轴向混合；(iii)具有复杂的底座/底板设计的无挡板容器中的一个或多个居中安装的叶轮，以允许径向流动的液体主体的轴向偏转；以及(iv)非圆形容器(立方体)搅拌容器，以克服因缺乏挡板所导致的轴向流的缺乏。
关于利用轨道振荡或摇动的生物反应器设计，表面曝气和混合的有效性在规模增加时受到与体积相比表面积减小的限制；因此，这种设计的使用可能局限于按比例缩放至小于500L的生物反应器。对于2000L及以上的操作规模，用以产生可穿透液体表面并将质量和能量深入传递到液体主体中的能量波动所需的水动力在钢保持容器、一次性生物工艺容器、马达和传动装置中将需要使生物工艺容器以轨道运动移动或使其倾斜超出水平面所需的相当大的机械强度。
关于离心定位的叶轮，偏心安装的单个叶轮提供了一些优点：允许在补料分批过程中连续改变操作体积，而无需考虑被未浸没的旋转叶轮切割的液体表面的影响。偏心安装的叶轮依赖于叶轮区周围的液体的涡旋，以在液体主体周围产生净轴向流。然而，这种涡旋可在叶轮轴上产生循环应变，这可能导致材料疲劳和失效。因此，这种混合模式局限于相对低的搅拌速率和平均能量耗散率，这可导致生物反应器与能够以更高搅拌速率和P/V操作的那些搅拌生物反应器相比混合不太充分。低搅拌和能量耗散率也可限制此类生物反应器的按比例放大。与由偏心搅拌导致的功率耗散的缺乏相关联的另一个后果包括体积氧传质系数kLa(h-1)对P/V的敏感度较低，从而导致生物反应器依赖于喷射气体来满足细胞培养工艺的细胞氧摄取需求。这种摄取需求可以通过采用烧结(微孔喷射器)和/或更大的喷射速率来实现，这继而可能因容器在更大的界面剪切环境下操作而导致不太有利的起泡特性。用于缓解这种高界面剪切状态的另选方法是增加氧驱动力(诸如通过使喷射气体中大量富含氧的共混物)；然而，由于代谢CO2的伴随积累、由于容器中的较差混合、以及可在偏心搅拌生物反应器的情况下导致的kLa产生，这种方法也受到限制。
关于单个偏心安装的叶轮，需要相对高水平且可能存在问题的“局部”叶轮区剪切状态，以匹配在双叶轮或多叶轮搅拌生物反应器的情况下产生的平均能量耗散率P/V。对于以补料分批模式操作的容器(其中活细胞浓度达到40x106个细胞/mL至50x106个细胞/mL且细胞压积为10％v/v)或对于以灌注模式操作的容器(其中活细胞浓度达到200至400x106个细胞/mL且细胞压积为最高40％v/v)，用于优化叶轮设计/选择的范围受到偏心叶轮轴的机械强度和一体性以及细胞培养工艺流体的流变特性的潜在变化(可能需要这些变化来限制从局部至主体的质量和能量传递)的限制。
关于无挡板容器中居中安装的叶轮，搅拌生物反应器中挡板的缺乏阻碍径向流的偏转，并且在较高的搅拌速率和P/V下存在形成涡流的风险，这可能在生物反应器内导致不期望的表面起泡。此外，在生物反应器内没有挡板的情况下，未实现叶轮的功率耗散能力的全部容量。因此，对于任何给定的搅拌速率，叶轮在提供混合和体积氧传质系数kLa方面非最佳地工作。无挡板的生物反应器可在生物反应器内产生局部高剪切区和单独的混合区，当这种设计按比例放大到更大规模(例如大于2,000L)时，这种情况变得更加明显。为了促进挡板在无挡板生物反应器中的作用，先前的设计选择了具有堰(weir)或斜面的外壳底板和生物工艺容器底部设计，以使容器底部的径向流轴向偏转。虽然这可产生轴向流，但是这种流动是围绕容器底部的局部点产生的；因此，轴向流的强度可沿着这种容器的竖直轴线衰减，除非此类容器内的叶轮以相对高的功率耗散搅拌。
关于非圆形容器几何形状，诸如立方体几何形状，由叶轮产生的径向流可在撞击容器的四个侧面中的每一个时偏转。这种设计对于安装到钢外壳中提供了多个优点，因为平整包装的生物工艺容器的每个拐角可以在安装期间容易地与钢外壳的拐角对齐。然而，此类生物反应器也具有平坦的底部，与具有弯曲底板或底部的带挡板的圆柱形生物反应器相比，会产生一些问题区域。由于立方体生物反应器的垂直平坦表面，由搅拌器和从容器边界的偏转产生的逆流流体流导致沿着边缘和拐角更多地出现“死区”。为了防止在拐角中出现死区，可以通过按比例放大增加水动力或可施加更大的功率耗散；然而，这两种替代方案均会导致边缘/拐角处的接缝的机械疲劳更大。此外，由于由搅拌器驱动的流动和来自容器底部的偏转驱动的流动将产生逆流流动，因此平底生物反应器底部的流体循环具有较低的能量，从而导致与具有围绕ASME F&D样几何形状设计的底板的生物反应器相比，保持细胞和/或固体悬浮在平底生物反应器中的能力较小。实际上，当以灌注模式使用时，由于生物反应器内在细胞保留后获得的较高细胞浓度(预期通常为200至400x106个细胞/mL)和较高固体百分比(预期通常为最高40％v/v的细胞压积)，因此，此类生物反应器中的细胞/生物质沉降可能变得更加急剧。
在目前的生物反应器设计中，表面曝气不足以提供大多数补料分批应用所需的细胞氧摄取率，并且在细胞保留在生物反应器内的灌注模式中几乎不可能支持细胞生长。另外，被设计成穿过表面实现培养物曝气的目前的生物反应器由于表面积与体积比的不断减小而在其按比例放大的能力上受到限制。这意味着，随着这样设计的容器按比例放大，表面曝气的效率和能力恶化。
在存在与叶轮或容器几何形状相关的设计不足的情况中，采用了烧结或微孔喷射器诸如烧结/微孔(具有微米孔)、“组合式喷射器”(由5至800微米至亚毫米孔的混合孔构成)、或开口管/管式喷射器。烧结喷射器可产生更容易在容器主体内分散的细或小的气泡；此外，由于它们的尺寸小，气泡的浮力小，从而导致在任何给定的喷射速率下在液体主体内的停留时间和氧传质系数kLa更大。然而，烧结的喷射器产生较大的界面细胞剪切状态和效率较低的代谢CO2剥离，这两者都是确保在按比例放大和容器设计转移过程中细胞培养工艺的生物可比性中的关键方面。此外，烧结的喷射器的按比例放大尚未研究透彻，并且可能导致来自从喷射孔/孔口出来的喷射气体的过快线速度或压力，从而导致细胞损伤。类似地，开口管喷射器设计与生物反应器一起使用将叶轮设计限制为靠近喷射器处具有高剪切类型以允许气泡破裂。搅拌速率受限于较高的功率耗散，以允许气泡破裂并分布到液体主体中。与使用其他类型的喷射器(诸如可变喷射孔喷射器)的生物反应器相比，此类生物反应器需要以较高的剪切混合和曝气方案操作，以支持补料分批和灌注细胞培养工艺所需的氧传质需求。
关于允许施用非生理性进料(诸如具有非常高或低的pH或高渗透压且可能在暴露于细胞时导致细胞损伤和死亡的进料)的添加端口的设计不足，目前的一次性生物反应器通常依赖于排放到培养物表面上的添加端口。虽然表面排放可克服在生物反应器内布置汲取管并防止无意中通过汲取管将生物反应器内容物虹吸出去的复杂问题，但是此类生物反应器在液体表面处及略低于液体表面处可能产生非生理环境的微区。这些区将持续存在，直到非生理材料被带入由叶轮产生的循环区或被带入从容器边界偏转的流中并最终共混到主体中。
关于目前的生物反应器的收获端口和管道设计，对于灌注操作模式，汲取管需要适当地设定尺寸以允许培养物无阻碍地流出生物反应器并流进联接的细胞保留装置中且允许从细胞保留装置返回生物反应器而没有起泡和细胞或细胞聚集体的剪切。此类添加端口的另外特征是附接有外部管道，在高流速下，由于驱动流动的泵压头上游产生的“吸入压头”，汲取管道可能塌缩并阻碍流动。在灌注模式期间或在补料分批过程的收获阶段期间细胞培养物的无阻碍流动的益处对于确保细胞在穿过此类管道时不受机械损伤是至关重要的，因为机械损伤可能导致细胞因子(例如酶，诸如谷胱甘肽还原酶、硫氧还蛋白和硫氧还蛋白还原酶；或代谢物，诸如NADPH)的释放，这可能不利地影响工艺性能和所制备产物的质量。其次，细胞培养物的无阻碍流动可导致培养物在穿过此类管道时不会变得低氧或缺氧，并因而防止所释放的细胞因子的活化，所述活化可能在进一步处理期间对工艺性能和产品质量产生不利影响。然而，所有目前的一次性生物反应器的收获端口和管道设计在这些方面都存在不足。
在生物制造和药物开发行业中，细胞产物，尤其是蛋白质，包括受体蛋白、抗体、肽、外泌体、细胞成分细胞器、或全细胞、抗生素或氨基酸等的生产必须具有高质量，以达到或超过法规和客户要求。此类原料药所处的设施通常为多种产品而制造。因此，工业上对单次使用生物反应器的需求增加。同时对可在生产过程中按比例放大，以使物理化学环境(考虑到溶解氧、培养物pH、温度和剪切敏感度)和营养环境(考虑到可抑制细胞的浓度梯度)得到维持的SUB存在需求。目前可缩放性的缺乏阻碍了可以始终如一地应用于细胞培养产品的生产的工艺的开发。实际上，现有技术使得细胞培养产品的特性在跨规模时是不一致的，因此生产工艺通常在不同规模下进行修改以避免生产不一致的风险。这是耗时且昂贵的。
与先前的生物反应器设计所呈现的缺陷相比，本公开涉及特征在于增强的操作特性的单次使用生物反应器和使用这些单次使用生物反应器来培养细胞的方法。
发明内容
本公开的目标之一是提供允许以可缩放的体积培养哺乳动物细胞的单次使用生物反应器和方法。此外，本公开的一个目标是提供允许在最佳条件下培养哺乳动物细胞(即使以大规模体积生长)并因此实现与单次使用生物反应器的尺寸无关的工艺性能和产品质量的单次使用生物反应器和方法。
本公开的另一个目标是提供能够产生与在类似尺寸的不锈钢STR生物反应器中产生的产品相对应的产品的单次使用生物反应器。本公开的另一个目标是提供特征在于增强的操作特性的单次使用生物反应器。
本公开的一个目标是提供单次使用生物反应器，这些生物反应器允许在相对于工艺参数(诸如pH、溶解氧张力(DOT)和温度)而言均匀的环境中培养哺乳动物细胞，从而维持充分混合的细胞悬液并在生物反应器内共混营养物进料。在一个优选的实施方案中，本公开的单次使用生物反应器将具有集成的培养基和进料准备功能，以支持灌注和补料分批。理想的是，这将是可以根据需要随时用于分批培养基和进料并根据需要与生产和接种***集成的自动化设施。
根据本公开的单次使用生物反应器的设计可确保相对于工艺参数(诸如pH、溶解氧张力(DOT)和温度)而言均匀的环境，从而维持均匀混合的细胞悬液并在单次使用生物反应器内共混营养物进料。这为最佳的细胞生长、产物积累和产品质量提供了必要的物理化学环境。本公开提供了允许在最佳条件下培养哺乳动物细胞(即使以大规模体积生长)并因此实现与单次使用生物反应器的尺寸无关的工艺性能和产品质量的单次使用生物反应器和方法。
本公开的另一个目标是提供具有可从实验室规模按比例放大至工业规模生物反应器且反之亦然的比例的单次使用生物反应器。根据本公开的单次使用生物反应器的设计具有这种灵活性，因为它维持几何相似性。
一般而言，本公开涉及一种生物反应器***和方法。本公开还涉及一种单次使用生物反应器，该生物反应器非常适于孵育细胞培养物，然后被废弃。本公开的单次使用生物反应器可以按比例缩放至任何合适的大小，并且被设计成适于预先存在的不锈钢结构。本公开的生物工艺***和方法包括许多独特的方面和特征。
根据本公开的一个方面，提供了一种单次使用生物反应器。该单次使用生物反应器可包括生物工艺容器、外壳、至少一个搅拌器、至少一个喷射器、用于一个或多个喷射器和顶部空间覆盖物的至少一个气体过滤器入口端口、至少一个填充端口、至少一个收获端口、至少一个样品端口、以及至少一个探头。
在一个实施方案中，本公开涉及一种包括生物工艺容器的生物反应器。生物工艺容器由液体不可透过且柔性的适形材料制成。例如，生物工艺容器可由柔性膜诸如多层膜制成。在一个实施方案中，例如，该膜由聚乙烯聚合物构成，诸如已被改性以形成亲水性表面的低密度聚乙烯。亲水性表面用于接触生物反应器内的细胞培养物并改善可润湿性。在一个实施方案中，聚乙烯聚合物通过经受辐射、光或等离子体诱导、或氧化而改性。
该生物工艺容器可具有顶部、底部、以及在两者间的至少一个侧壁。生物工艺腔室可限定用于接纳培养基的中空壳体。中空壳体可具有任何合适的容积，诸如100mL、250mL、500mL、750mL、1升、2升、3升、4升、5升、6升、7升、8升、9升、10升、15升、20升、25升、30升、40升、50升、60升、70升、80升、90升、100升、150升、200升、250升、300升、350升、400升、450升、500升、550升、600升、650升、700升、750升、800升、850升、900升、950升、1000升、1500升、2000升、2500升、3000升、3500升、4000升、4500升、5000升、6000升、7000升、8000升、9000升、10,000升、15,000升、20,000升、和/或50,000升。
生物反应器可包括用于将材料进料到生物工艺容器的中空壳体中的至少一个入口端口。包括联接到至少一个搅拌器的可旋转轴的混合装置可延伸到生物工艺容器的中空壳体中。在一个实施方案中，可旋转轴可以是可塌缩的。例如，可旋转轴可包括由亲水性聚合物材料制成的至少一个叶轮，所述至少一个叶轮可朝向可旋转轴塌缩或折叠。
生物反应器还可包括至少一个挡板，所述至少一个挡板被配置成在纵向方向上邻近生物工艺容器的侧壁延伸。挡板可具有从侧壁径向向内延伸的形状，延伸量足以影响在通过混合装置混合培养基期间中空壳体中的流体流动。挡板可以是可塌缩和/或可折叠的。在一个实施方案中，例如，挡板可限定可膨胀流体囊，从而使得挡板能够膨胀和收缩。挡板可与生物工艺容器成一体，这意味着挡板被成形为柔性成型材料。另选地，挡板可以与生物工艺容器分开。挡板可被配置成放置在中空壳体内部，或可放置在中空壳体外部。当放置在中空壳体外部时，生物工艺容器的侧壁围绕挡板的形状适形。例如，在一个实施方案中，挡板可以可移除地附接至金属外壳。生物工艺容器可以放置在金属外壳中，以围绕挡板的形状适形。在一个实施方案中，生物反应器可包括约两个至约六个挡板，这些挡板围绕生物工艺容器的中空壳体的圆周间隔开。
在一个实施方案中，生物工艺容器具有一定直径并且一个或多个挡板径向向内延伸一定的距离，该距离为生物工艺容器的直径的约3％至约20％，诸如约5％至约15％。
生物反应器还可包括至少一个喷射器。例如，喷射器可包括镇流喷射器(ballastsparger)，它包括具有纵向部分和侧向部分的气体管。纵向部分可竖直延伸到生物工艺容器的中空壳体中。另一方面，侧向部分可在搅拌器下方位于纵向部分的端部。侧向部分可限定用于将气体释放到容纳在生物工艺容器内的培养基中的多个孔。在一个实施方案中，钻取多个孔。侧向部分可具有任何合适的形状。在一个实施方案中，侧向部分可被配置成接合混合装置的可旋转轴，以用于使轴稳定。可旋转轴可延伸穿过侧向部分，或可收纳在形成于侧向部分中的轴接纳构件内。
在一个实施方案中，生物反应器包括第一液面下喷射器和第二液面上喷射器。液面下喷射器中的多个孔可以大于或小于液面上喷射器上的多个孔。在一个实施方案中，钻取多个孔。
在一个实施方案中，生物反应器可包括至少一根进料管线，所述至少一根进料管线延伸到中空壳体中，以用于将流体进料到生物工艺容器中。进料管线可包括邻近搅拌器定位的液面下流体出口。流体出口可以与流体控制装置相关联，所述流体控制装置仅允许流体流出流体出口并防止流体在相反方向上流动。例如，流体控制装置可包括单向阀。
在另一个实施方案中，生物反应器可包括位于生物工艺容器顶部的进料管线。进料管线可包括位于驻留在生物工艺容器中的一定体积培的养基上方的液面上流体排放口。液面上流体排放口可被定位成使得流过流体排放口的流体与容纳在生物工艺容器内的培养基直接接触。在一个实施方案中，搅拌器在旋转时可形成圆周，并且进料管线的液面上流体排放口可位于搅拌器的圆周上方，以使流过流体排放口的流体接触圆周内的培养基。
生物反应器可以被放置成与用于指示容纳在中空壳体内的培养基的质量的称重传感器(load cell)操作性地关联。生物工艺容器的底部可具有圆顶形状以有利于排出。例如，生物工艺容器可包括位于生物工艺容器底部的排出管线。流体收集装置可位于生物工艺容器的中空壳体与排出管线之间。流体收集装置可具有被配置成引起从生物工艺容器进入排出管线的流体的涡流的形状。在一个实施方案中，排出管线具有与中空壳体的容积成比例的横截面积。例如，出于示例性目的，排出管线可具有每升中空壳体容积约0.3mm2至约0.7mm2，诸如约0.4mm2至约0.6mm2的横截面积。
在一个实施方案中，生物工艺容器可包括用于连接至用于将流体进料至生物工艺容器的多根供应管线的多个端口。每个端口和对应的供应管线可包括用于辅助用户将供应管线连接至相应端口的匹配指示物。匹配指示物例如可包括颜色，以使每个端口和对应的供应管线是颜色编码的。也可将匹配标记应用于进料管线和任何对应的端口以及应用于喷射器和任何对应的连接器。
在一个实施方案中，生物工艺容器可包括具有通用连接器的端口。端口可具有第一端部和第二端部。第一端部可用于形成与相应供应管线的可重新连接的附接。每根供应管线可包括位于对应端口上游的流体过滤器。
本公开还涉及一种生物反应器***。该生物反应器***可包括由液体不可透过且柔性的适形材料制成的生物工艺容器。该生物工艺容器可具有顶部、底部、以及在两者间的至少一个侧壁。生物工艺腔室可限定用于接纳培养基的中空壳体。生物工艺容器还可包括用于将材料进料到中空壳体中的多个入口端口。排出管线可位于生物工艺容器的底部，以用于排出流体。混合装置可延伸到生物工艺容器的中空壳体中，并且可包括联接到至少一个搅拌器的可旋转轴。
生物反应器***还可包括与生物工艺容器操作性地关联以用于监测中空壳体内的至少一个参数的至少一个传感器。所述至少一个传感器可包括pH传感器、溶解二氧化碳传感器、溶解氧传感器、称重传感器、温度传感器、或转速计。控制器可被放置成与至少一个传感器通信。控制器可被配置成从至少一个传感器接收信息，并且基于该信息控制流体供应源，以改变流体从流体供应源进入生物工艺容器的中空壳体的流速，以将容纳在中空壳体内的培养基的至少一个参数维持在预设限度内。
例如，在一个实施方案中，生物反应器***可包括与生物工艺容器流体连通的二氧化碳气体供应源和也与生物工艺容器流体连通的液体碱供应源。所述至少一个传感器可包括pH传感器，并且控制器可被配置成通过添加来自二氧化碳气体供应源的某些量的二氧化碳气体以选择性地降低pH或通过添加来自液体碱供应源的某些量的碱以选择性地增加pH而在预设限度内调节培养基的pH水平。在一个实施方案中，***可包括均与控制器通信的第一pH传感器和第二pH传感器。
在另一个实施方案中，生物反应器***可包括氧气供应源，并且所述至少一个传感器可包括溶解氧传感器。控制器可以通过基于从溶解氧传感器接收到的信息将来自氧气供应源的某些量的氧气周期性地添加到培养基中而在预设限度内调节培养基内的溶解氧水平。
在又一个实施方案中，生物反应器***可包括二氧化碳气体供应源，并且其中所述至少一个传感器包括溶解二氧化碳传感器。控制器可被配置成通过基于从溶解二氧化碳传感器接收到的信息将来自二氧化碳气体供应源的某些量的二氧化碳气体周期性地添加到培养基中而在预设限度内调节培养基内的溶解二氧化碳水平。
在又一个实施方案中，生物反应器***可包括围绕生物工艺容器的热夹套。热夹套可与加热流体或冷却流体中的至少一者流体连通。生物反应器***还可包括用于感测容纳在生物工艺容器内的培养基的温度的温度传感器。温度传感器可与控制器通信。控制器可被配置成从温度传感器接收信息，并且基于该信息控制流体流入热夹套，以用于增加或降低容纳在生物工艺容器内的培养基的温度，以将培养基维持在预设的温度限度内。
在另一个实施方案中，生物反应器***还可包括用于监测联接到至少一个搅拌器的可旋转轴的旋转速度的转速计。转速计可与控制器通信。控制器可与使轴旋转的马达通信。控制器可被配置成基于从转速计接收到的信息以使轴以预定速度旋转的方式控制马达。
控制器可包括一个或多个微处理器。
在一个实施方案中，控制器可被配置成从多个传感器接收信息，以便控制生物反应器内的多个参数。
在一个实施方案中，上述传感器中的一个或多个可集成到生物工艺容器中，并且可以与生物工艺容器一起废弃。
本公开还涉及一种生物反应器，该生物反应器包括由液体不可透过且柔性的适形材料制成的生物工艺容器。该生物工艺容器可具有顶部、底部、以及在两者间的至少一个侧壁。生物工艺腔室可限定用于接纳培养基的中空壳体。至少一根进料管线可延伸到中空壳体中，以用于将流体进料到生物工艺容器中。
在一个实施方案中，进料管线包括邻近搅拌器定位的液面下流体出口。流体出口可以与流体控制装置相关联，所述流体控制装置仅允许流体流出流体出口并防止流体在相反方向上流动。
在一个另选实施方案中，进料管线可包括位于驻留在生物工艺容器中的一定体积的培养基上方的液面上流体排放口。液面上流体排放口可被定位成使得流过流体排放口的流体与容纳在生物工艺容器内的培养基直接接触，而不接触侧壁。
在一个实施方案中，生物反应器可包括第一进料管线和第二进料管线，所述第一进料管线包括液面下流体出口，所述第二进料管线包括液面上流体排放口。在一个实施方案中，生物反应器可包括约一根至约五根，诸如约两根至约三根具有液面上流体排放口的进料管线。
在另一个实施方案中，本公开涉及一种用于生产单次使用生物反应器的方法。该方法包括由液体不可透过且柔性的适形材料构造生物工艺容器的步骤。生物工艺容器具有顶部、底部、以及在两者间的至少一个侧壁。生物工艺腔室限定用于接纳培养基的中空壳体。中空壳体可具有约10升至约20,000升的容积。生物工艺容器包括用于将材料进料到生物工艺容器的中空壳体中的多个入口端口。每个入口端口具有一定的直径。
混合装置***中空壳体中。混合装置包括联接到至少一个搅拌器的可旋转轴。至少一个喷射器也***生物工艺容器的中空壳体中。喷射器包括具有纵向部分和侧向部分的气体管。纵向部分竖直延伸到中空壳体中。侧向部分在搅拌器下方位于纵向部分的端部。侧向部分限定用于将气体释放到容纳在生物工艺容器内的培养基中的多个孔。所述多个孔具有一定的直径。
排出管线连接至生物工艺容器的底部。排出管线具有一定的横截面积。
根据本公开，入口端口的直径、喷射器上的多个孔的直径、以及排出管线的横截面积与中空壳体的容积成比例。排出管线例如可具有每升中空壳体容积约0.3mm2至约0.7mm2的横截面积。
本公开还涉及一种生物反应器，该生物反应器包括由液体不可透过且柔性的适形材料制成的生物工艺容器。生物工艺腔室可限定用于接纳培养基的中空壳体并且可包括至少一个入口端口。包括联接到多个搅拌器的可旋转轴的混合装置可延伸到生物工艺容器的中空壳体中。
根据本公开，生物反应器还可包括与生物工艺容器的中空壳体流体连通的细胞保留腔室。滤液出口可被放置成与细胞保留腔室流体连通。滤液出口包括生物过滤器，该生物过滤器是液体可透过但包含在培养基中的生物材料不可透过的。滤液出口用于连续或周期性地从细胞保留腔室中移除液体。流量调节器被配置成使培养基的流动在生物工艺容器的中空壳体与细胞保留腔室之间交替，以用于进行灌注过程。
流量调节器例如可以与加压气体源和真空源连通。流量调节器可被配置成交替地将真空或气体压力施加至容纳在细胞保留腔室中的流体，以使流体在生物工艺容器的中空壳体与细胞保留腔室之间来回循环。
在一个实施方案中，流量调节器可包括往复隔膜，该往复隔膜在向容纳在细胞保留腔室中的流体施加压力与施加抽吸力之间交替。
本公开还涉及一种生物反应器，该生物反应器包括由液体不可透过且柔性的适形材料制成的生物工艺容器。生物工艺容器限定用于接纳培养基的中空壳体。包括联接到至少一个搅拌器的可旋转轴的混合装置可延伸到生物工艺容器的中空壳体中。根据本公开，搅拌器可塌缩到旋转轴上。例如，搅拌器可包括叶轮，该叶轮包括至少一个叶片元件。叶片元件可朝向可旋转轴折叠。在一个实施方案中，可旋转轴联接至第一叶轮和第二叶轮，并且两个叶轮均可包括至少一个可折叠的叶片元件。定位环可位于轴上。定位环可包括搅拌器接合位置和搅拌器脱离位置，分别用于将搅拌器保持在混合期间的直立位置或保持在塌缩和折叠位置。
在一个实施方案中，可旋转轴包括由轴套围绕的金属加强杆。可由不锈钢制成的金属加强杆可以由附接在一起的多个零部件制成。加强杆的顶部可包括用于磁性接合马达的磁性构件。轴套可由聚合物材料构成。轴上的搅拌器也可由聚合物材料制成，诸如亲水性聚合物。例如，轴套和搅拌器可包含已通过经受辐射、光或等离子体诱导、或氧化而改性的聚乙烯聚合物。
在一些实施方案中，单次使用生物反应器可被配置用于生长哺乳动物、昆虫、植物、其他真核细胞；微生物细胞，包括细菌、酵母和原生动物细胞、以及病毒；组织；蛋白质；细胞产物，诸如细胞器、酶、脂质、碳水化合物和细胞分离物(cell fractionate)；胞外酶(exozyme)；以及共同培养的生物体。
根据本公开的一些方面，所培养的细胞是真核细胞，诸如动物细胞，诸如哺乳动物细胞。哺乳动物细胞可以是例如人细胞系、小鼠骨髓瘤(NS0)细胞系、中国仓鼠卵巢(CHO)细胞系或杂交瘤细胞系。在一个实施方案中，哺乳动物细胞是CHO细胞系。
在一个实施方案中，所培养的细胞用于产生抗体，包括单克隆或多克隆抗体，和/或重组蛋白，诸如用于治疗性用途的重组蛋白。当然，细胞也可产生囊泡、外泌体、细胞器、肽、氨基酸、脂肪酸或其他有用的生物化学中间体或代谢物。另外，在一些实施方案中，所培养的细胞或由其形成的组织可以是所需的最终产品。由所培养的细胞产生的产品的目标浓度可以变化。例如，在一个特定实施方案中，由所培养的细胞产生的蛋白质的目标浓度可大于0.01g/l，诸如大于0.1g/1、诸如大于0.5g/1、诸如大于2.0g/1、诸如大于10.0g/1，具体取决于培养体积。根据本公开的方法可用作分批、补料分批、灌注、或抽取和填充过程。尽管在根据本公开的方法中使用的细胞培养基优选是不含蛋白质的培养基，但该设计不排除含蛋白质料流的使用。
在一个实施方案中，根据本公开的单次使用生物反应器***包括：单次使用的细胞培养生物工艺容器(“SUB”)、在操作期间保持SUB的可重复使用的外壳、以及控制SUB和相关联的子***及工艺的操作的控制器。相关联的子***包括搅拌***、挡板***、喷射器***、进料***、收获***、监测***、一个或多个控制***、以及填充***。
在一个实施方案中，SUB的细胞培养物接触表面和工艺流体接触表面中的每一个优选地不含动物来源的组分。
根据本公开的一个方面，提供了一种单次使用生物反应器。该单次使用生物反应器可包括生物工艺容器、外壳、至少一个搅拌器、至少一个喷射器、用于一个或多个喷射器和顶部空间覆盖物的至少一个气体过滤器入口端口、至少一个填充端口、至少一个收获端口、至少一个样品端口、以及至少一个探头。
根据本公开的另一方面，提供了一种单次使用生物反应器***。该单次使用生物反应器***可包括生物工艺容器、外壳、至少一个搅拌器、至少一个喷射器、用于一个或多个喷射器和顶部空间覆盖物的至少一个气体过滤器入口端口、至少一个填充端口、至少一个收获端口、至少一个样品端口、以及至少一个探头。
根据本公开的又一方面，提供了一种用于培养哺乳动物细胞的单次使用生物反应器***。该***可包括第一单次使用生物反应器，它连接到至少一个其他生物反应器。所述至少一个其他生物反应器可具有比所述第一单次使用生物反应器更大的容积并与任何数量的单次使用生物反应器连接。与现有的单次使用生物反应器相比，每个另外的单次使用生物反应器可具有增加的容积。多个生物反应器可维持相对于pH、溶解氧张力(DOT)和温度而言均匀的环境，从而允许充分混合的细胞悬液和生物反应器内营养物进料的共混。
根据本公开的另一方面，提供了一种培养和增殖哺乳动物细胞的方法。该方法可包括：在合适的条件下且在第一单次使用生物反应器中的合适培养基中进行培养，将包含通过从至少一个哺乳动物细胞增殖获得的细胞的培养基转移到第二单次使用生物反应器中，将包含通过从至少一个哺乳动物细胞增殖获得的细胞的培养基转移到第三单次使用生物反应器中，以及在第三生物反应器中培养细胞。
根据本公开的另一方面，提供了一种单次使用生物反应器(SUB)***。该***可包括用于单次使用且一次性的柔性生物反应器生物工艺容器、被配置成保持柔性生物反应器生物工艺容器的SUB外壳、搅拌器、喷射器、多个端口、以及被配置成控制与SUB***相关联的多个参数以使SUB***产生与能够在类似尺寸的不锈钢生物反应器中产生的生物材料相对应的生物材料的至少一个控制器。
在本公开的又一个实施方案中，公开了一种生物反应器，该生物反应器包括由液体不可透过且柔性的适形材料(诸如柔性膜)制成的生物工艺容器。生物工艺腔室限定用于接纳培养基的中空壳体。包括联接到至少一个搅拌器的可旋转轴的混合装置延伸到生物工艺容器的中空壳体中。根据本公开，可旋转轴可联接到顶部叶轮和底部叶轮。顶部叶轮和底部叶轮均可由聚合物材料制成。例如，在一个实施方案中，叶轮可以是3-D打印的。顶部叶轮和底部叶轮均可限定亲水性表面。例如，用于形成叶轮的聚合物材料可包含亲水性聚合物，或可包含已经过表面改性以使表面亲水的聚合物。
在一个实施方案中，例如，顶部叶轮和底部叶轮由聚烯烃聚合物制成，诸如聚乙烯或聚丙烯。在一个实施方案中，可使用低密度聚乙烯。低密度聚乙烯可通过经受辐射、光或等离子体诱导、或氧化而改性以形成亲水性表面。
顶部叶轮可包括水翼叶轮。另一方面，底部叶轮可包括四斜叶高坚实度叶轮(fourpitched-bladed high solidity impeller)。叶轮与槽直径的比率可为约0.35至约0.55，诸如约0.44至约0.46。顶部叶轮和底部叶轮可具有从约0.1至约0.9的功率数(Np)并且可具有从约0.4至约0.9的流量数(flow number)(Nq)。
由以下结合附图给出的更详细的描述，本公开的其他特征和优点将变得显而易见，附图通过举例的方式示出了当前描述的公开内容的原理。
附图说明
本专利或申请文件包含至少一张彩色附图。具有一张或多张彩色附图的本专利或专利申请公布的副本将根据请求且支付必要的费用后由专利局提供。
图1A示出根据本公开的一个实施方案的单次使用生物反应器(SUB)***。在图1A中，生物反应器容器1包括配合在外壳110内部的生物工艺容器100。生物工艺容器100包含适形材料12。外壳110包括底部4，在一个实施方案中，该底部可用作生物工艺容器100的保持器。生物工艺容器100的底部可被配置成适形或配合外壳底部4的形状。防涡器2放置在底部容器处以用于避免排出期间的空气夹带，收获/排出管线3、双喷射器5、下叶轮6、上叶轮7、竖直施加在生物工艺容器内部的叶轮轴8、以及挡板9。10是用于容器顶部的避光结构。11是泡沫传感器。13是光谱探头窗口。14代表液面下汲取管，它在叶轮区域中喷出以确保浓缩或非生理进料的快速分散。15代表进入容器的所有管，它们被***地控制以防止将错误的管连接在一起。16代表所有进料管线。在一个实施方案中，16代表表面进料管线的喷出端口，这些端口被配置成使得进料不沿生物工艺容器的侧面向下流动。在本公开的一个方面，需要在培养物的表面上方排放的至少3根进料管线。17是在线无菌过滤器。19代表一个或多个压力传感器。20是无菌固体添加端口。21代表双气体出口端口。30是稳健的搅拌器轴。170是马达。
图1B示出根据本公开的一个实施方案的单次使用生物反应器(SUB)***。在图1B中，容器1包括配合在外壳110内部的生物工艺容器100。生物工艺容器包括容器适形膜12。外壳还包括用作生物工艺容器保持器的碟形底部4、放置在底部容器处以用于避免排出期间的空气夹带的防涡器2、收获/排出管线3、双喷射器5、下叶轮6、竖直施加在生物工艺容器内部的叶轮轴8、以及挡板9。10是用于容器顶部的避光结构。11是泡沫传感器。13是光谱探头窗口。14代表液面下汲取管。15代表进入容器的所有管，它们被***地控制以防止将错误的管连接在一起。16代表所有进料管线。在一个实施方案中，16代表表面进料管线的喷出端口，这些端口被配置成使得进料不沿生物工艺容器的侧面向下流动。在本公开的一个方面，需要在培养物的表面上方排放的至少3根进料管线。17是在线无菌过滤器。19代表一个或多个压力传感器。20是无菌固体添加端口。21代表双气体出口端口。30是稳健的搅拌器轴。170是马达。
图2示出根据本公开的一个实施方案的连接进料管线16和管15的管道连接器160的近距离视图，该连接器在一个实施方案中可以是智能连接器160。还可存在一个或多个在线无菌过滤器17。100是生物工艺容器，132代表生物工艺容器外部的环境而142代表生物工艺容器内部的环境。如图2所示，在此实施方案中，进料管线16的喷出点实质性延伸超出生物工艺容器，由此使得进料滴落到容纳在生物工艺容器内的液体的表面上，而不沿着生物工艺容器的侧面流下或滴下。在一个非限制性实施方案中，喷出点可呈现奶嘴或漏斗的形状。
图3示出根据本公开的一个实施方案的单次使用生物反应器(SUB)容器的顶部的视图。在图3中，11代表防泡沫传感器。19代表一个或多个压力传感器。20是无菌固体添加端口。21代表双气体出口端口。242代表转速计。容器顶部的布置18使得关键元件可通过生物工艺容器保持器的突出部保持在适当的位置。例如，马达170和搅拌器轴头30保持对齐以进行竖直安放。稳健的搅拌器轴30还由生物工艺容器的底座通过附接至外壳的部件支撑。排气管线可保持处于竖直布置，以防止气阻(air lock)并有利于冷凝物排回容器中。
图4示出根据本公开的一个实施方案的可更换的冷凝器22和可更换的预先灭菌的双废气过滤器23。废气过滤器能够通过外部加热器夹套130加热而在80℃下操作。在堵塞的情况下可更换过滤器。120代表可重新连接的无菌连接器。
图5示出根据本公开的一个实施方案的柔性挡板24。挡板在顶部和底部连接至生物反应器容器1，并通过紧固容器1顶部的一对机械螺钉140进行紧固。
图6示出根据本公开的一个实施方案的齿状生物工艺容器外壳29，它为保持在生物工艺容器上方的物品(包括马达170、冷凝器22和废气过滤器23)提供稳健的支撑。外壳29包括用于挡板的锚固点150和用于探头带的开放空间186。外壳29还可包括热夹套280。30是搅拌器轴头。
图7示出根据本公开的一个实施方案的单次使用生物工艺容器100的侧视图。142代表生物工艺容器的内部，而132代表生物工艺容器的外部。生物工艺容器100带有单次使用探头27，或用于随生物工艺容器一起原位灭菌的探头或用于待***的灭菌探头的端口。探头27连接至小型无线发射器，该发射器在不使用电线的情况下与数据记录***通信，从而降低电干扰的可能性并简化***的布置。生物工艺容器100包括足够的探头端口28，以允许使用三重探头进行所有测量，从而提供冗余和检测探头误差的能力。例如，生物工艺容器100可包括温度探头端口180、单次使用的介电光谱探头26、单次使用的非侵入式pH探头、单次使用的pCO2非侵入式探头190以及单次使用的非侵入式DOT探头200。生物工艺容器100还可包括光学透明的光谱窗口13(用于细胞培养物的非侵入式光谱测量)和进入容器的管15。
图8示出根据本公开的一个实施方案的生物工艺容器保持器覆盖件的顶部。该覆盖件具有气体入口/气体出口230和多根进料管线240。300是马达联轴器。250是视镜。210代表夹具。220是用于过滤器保持器的可调整臂。133是铰链。
图9A示出根据本公开的一个实施方案的外壳顶部覆盖件的侧视图。210是夹具。图9B示出根据本公开的一个实施方案的气体出口过滤器保持器。220是用于过滤器保持器的可调整臂。210是夹具。165是连接至控制器的夹管阀。
图10示出根据本公开的一个实施方案的生物工艺容器保持器设计。9代表挡板。挡板9分成顶部部分和底部部分。存在4组挡板，它们各自被设计成钩在生物工艺容器保持器内侧上的孔中。210代表夹具。270是门。280是夹套。290代表探头带。260代表探头搁架。
图11是利用来自STR几何形状的数据进行的PC 1和2的分批模式中的主成分分析(PCA)。
图12是利用来自STR几何形状和SUB 2的数据进行的PC 1和2的分批模式中的主成分分析(PCA)。
图13是利用来自STR几何形状、SUB 1(充满和半填充)和SUB 2的数据进行的PC 1和2的分批模式中的主成分分析(PCA)。
图14示出主成分1和2的得分。
图15示出BS矩阵的捕获了数据集之中63％的方差的前4个主成分(PC)。
图16示出具有95％置信区间的主成分得分。
图17示出在三个规模下进行的ALR和STR培养的主成分得分。
图18示出利用两个填充体积在三个规模下进行的SUB 1培养的主成分得分。
图19示出描绘异常值的利用两个填充体积在三个规模下进行的SUB 1培养的主成分得分。
图20示出利用两种生物工艺容器材料在三个规模下进行的SUB 2培养的主成分得分-新生物工艺容器的数据被突出显示。
图21示出利用两种生物工艺容器材料在三个规模下进行的SUB 2培养的主成分得分-旧生物工艺容器的数据被突出显示。
图22示出来自在四种STR容器设计中进行的培养的数据的主成分得分曲线图。
图23示出来自在四种ALR容器设计中进行的培养的数据的主成分得分曲线图。
图24示出来自在四种SUB 2容器设计中进行的培养的数据的主成分得分曲线图。
图25示出来自在具有新生物工艺容器材料的四种SUB 2容器设计中进行的培养的数据的主成分得分曲线图。
图26示出来自在四种SUB 1容器设计中进行的培养的数据的主成分得分曲线图。
图27示出霍特林T方(Hoteling’s T2)与Q残差。
图28示出显示高度与重量关系的图。
图29是示出高T2统计值的图。
图30是示出高霍特林值的图。
图31是示出使用轨迹方法生成的模型的霍特林T方统计值和Q残差的图。
图32是示出集中于STR和ALR使用轨迹方法生成的模型的霍特林T方统计值和Q残差的图。
图33是示出集中于SUB 2使用轨迹方法生成的模型的霍特林T方统计值和Q残差的图。
图34是示出使用轨迹方法生成的模型的霍特林T方统计值和Q残差的图。
图35是主成分2和4的产品特征数据的主成分分析的得分图。
图36是示例性SUB控制***。
图37示出用于单次使用生物反应器的中空叶轮轴构造322。叶轮轴套8是中空的并且具有连接至与可塌缩挡板9连接的环351的可塌缩的搅拌器6和7。金属杆***穿过轴套8的中间。在一个实施方案中，金属杆可分成多个区段提供，这些区段可以在***穿过轴套之前拧在一起或以其他方式组装。金属杆的最后区段194具有磁性顶部172以连接至马达，马达也可具有磁体171。在一个实施方案中，当金属杆被进一步推动到轴套8中时，连接至搅拌器6和7的环351随着挡板9伸展而被下拉，从而提升搅拌器6和7的部分。挡板可用夹子或类似物卡入适当位置。金属杆的第一区段297可被推动到孔中或以其他方式附接至生物工艺容器的底部或者附接于或推动到生物工艺容器的部件中。在一个实施方案中，金属杆的第一区段297具有成型部分，该成型部分可被推动到生物工艺容器底部或其部件中的具有对应形状的孔中(例如，六边形部分可被推向或以其他方式附接于六边形孔)。在一个实施方案中，金属杆搁置在喷射器环上或其中或以其他方式附接至喷射器环。在另一个实施方案中，金属杆可被推动到喷射器环中心的盘上的孔中。在更进一步的实施方案中，该盘可具有内置磁体以确保移动。在一个实施方案中，整个中空叶轮轴构造322或其部分可以是可塌缩的。
图38例示了根据本公开的生物反应器***的一个实施方案，该生物反应器***包括用于细胞培养物的连续灌注的外部细胞保留装置。
具体实施方式
本公开涉及在生物反应器容器中培养细胞生物材料的***、装置和方法，现在通过附图详细描述。
本公开设想的单次使用生物反应器能够以补料分批、连续批量、和/或灌注模式或它们的任何组合进行哺乳动物细胞培养。
如本文所用，关于元件或部件的实例(即，出现)数在该元件或部件前的冠词“一个”或“一种”旨在为非限制性的。因此，应将“一个”或“一种”理解为包括一个/种或至少一个/种，并且该元件或部件的单数词形也包括复数指代，除非有数字明显表示单数。
如本文所用，修饰成分、组分、或反应物的量使用的术语“约”是指可以例如通过用于制备浓缩物或溶液的典型测量和液体处置程序而出现的用数字表示的量的变化。此外，测量程序中无意中犯的错误、制备组合物或执行方法时所用成分的制造、来源或纯度的差异和类似情况也可导致变化。在一个方面，术语“约”意指在报告数值的10％内。在另一方面，术语“约”意指在报告数值的5％内。然而，在另一方面，术语“约”意指在报告数值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％或1％内。
根据本公开，单次使用生物反应器是具有例如叶轮、挡板、喷射器和/或端口之类的附加设备的生物相容性槽或容器，它尤其允许培养和增殖哺乳动物细胞。本公开的单次使用生物反应器可具有在约100mL与约50,000L之间的容积。非限制性实例包括100mL、250mL、500mL、750mL、1升、2升、3升、4升、5升、6升、7升、8升、9升、10升、15升、20升、25升、30升、40升、50升、60升、70升、80升、90升、100升、150升、200升、250升、300升、350升、400升、450升、500升、550升、600升、650升、700升、750升、800升、850升、900升、950升、1000升、1500升、2000升、2500升、3000升、3500升、4000升、4500升、5000升、6000升、7000升、8000升、9000升、10,000升、15,000升、20,000升、和/或50,000升的容积。另外，合适的反应器可以是单次使用的、一次性的或非一次性的，并且可由任何合适的材料形成，该材料包括但不限于塑料。
SUB***的比例
在一个实施方案中，根据本公开的单次使用生物反应器的设计可确保相对于工艺参数(诸如pH、溶解氧张力(DOT)和温度)而言均匀的环境，从而维持均匀混合的细胞悬液并在单次使用生物反应器内共混营养物进料。因此，本公开的单次使用生物反应器可以为最佳细胞生长、产物积累和产品质量提供必要的物理化学环境。在一个实施方案中，根据本公开的单次使用生物反应器的设计还可确保几何相似性的维持。
在一个实施方案中，可缩放的几何相似性可以是美国公布号US2011-0312087中所描述的几何相似性，该专利以引用的方式全文并入。
生物工艺容器(100)
单次使用生物工艺容器(100)由柔性适形材料12制成。在一个实施方案中，柔性生物工艺容器和适形材料可被配置成使得生物工艺容器可以折叠或以其他方式压紧以便储存。在一个实施方案中，适形材料可以是液体不可透过且柔性的适形材料。适形材料还可以是具有低水平的可浸出物和对疏水性化合物的低结合特性的膜，所述疏水性化合物诸如为取代的脂质、甾醇、脂肪酸、外泌体、硅基乳液、疏水性维生素、以及疏水性氨基酸。
在一个实施方案中，适形材料可与多种多样的细胞和细胞产物相容。例如，在一个特定的实施方案中，按照标题为“Standardized cell culture test for the earlyidentification of critical films for CHO cell lines in chemically definedculture media”(Regine Eibl等人，2014年1月)的DECHEMA报告中推荐用于可浸出物研究的方法，适形材料可与CHO细胞系类型相容。
在一个实施方案中，本公开的生物工艺容器的适形材料可以是任何可接受的柔性膜。例如，在一个实施方案中，适形材料可以是单层膜。替代性地，适形材料可包括多层膜。例如，在一个实施方案中，本文使用的膜材料可以是由用粘合剂粘合成膜的3个或更多个层组成的化合物膜。多层膜包括面向生物工艺容器的中空壳体的内表面。多层膜还包括相背对的外表面。膜的一个或多个层可经过选择以达到任何合适的特性。例如，在膜材料包括至少3个层的实施方案中，外层可经过选择以赋予机械强度，中间层可经过选择以赋予气体阻隔特性，而内层可经过选择以适合接触细胞培养物。内层可被配置成接触生物工艺容器内的产物，同时使由接触造成的生产影响最小。例如，内层通常可由低密度聚乙烯形成。在一个特定实例中，多层膜的内表面可包含已经过改性以形成亲水性表面的低密度聚乙烯。可以添加其他层以进一步改变膜的特性。例如，在一个实施方案中，可将丙烯酰胺接枝到LDPE膜上。又如，可使用氧化聚乙烯。另外的实例包括具有聚(甲基丙烯酸2-羟乙酯)、聚(甲基丙烯酸2,3-二羟丙酯)等的聚乙烯共混物。其他聚合物(包括其他聚乙烯)可适于在本文使用。在某些实施方案中，本文所述的膜层中的任一个可经受辐射、光或等离子体诱导、或氧化。
适形材料用于单次使用生物反应器的构造，在一个实施方案中，包括端口和也可与细胞培养物接触的其他零部件的添加。在一个实施方案中，一旦构造后，整个生物反应器和/或其部件然后可以接受γ辐射以确保无菌。
在一个实施方案中，用于构造生物工艺容器的材料通常可以是疏水性的，并且可从培养基中吸附疏水性培养基组分。在一个实施方案中，这可能导致工业细胞系的生长和产量的显著差异。在一个实施方案中，这些差异通常可以通过在单次使用生物反应器中添加比传统不锈钢生物反应器中更高浓度的这些疏水性组分来克服。在另一个实施方案中，用于制备膜和部件的聚合物材料和粘合剂材料可包含被设计用于改善塑料的特性的添加剂，诸如增塑剂、增滑剂、剥离剂、抗氧化剂、或它们的分解产物。在另一个实施方案中，容器适形膜(在一个实施方案中，代表容器中最大的疏水性培养物接触表面)的表面特性可以被改变以使接触表面更亲水，从而增加膜的可润湿性并降低其结合疏水性组分的倾向。例如，在一个实施方案中，容器适形膜可包含低密度聚乙烯培养物接触层。可以使用γ、β或UV辐射技术、光和等离子体诱导、或基于液体的化学氧化对聚乙烯接触层进行改性。在另一个实施方案中，可通过供应链控制容器适形膜和接触产物料流的其他部件的构造中所用的材料，以确保材料的质量合适。例如，可对杂质和组分浓度范围以及可接受的辐射剂量应用严格的限制，诸如要求在放行用于构造容器适形膜的原材料之前执行原材料的细胞培养测试。
在至少一个实施方案中，容器适形膜的内层的表面可被改性，以使它比未改性的低密度聚乙烯更亲水。因此，在一个实施方案中，内层的表面具有增大的可润湿性和降低的结合疏水性组分的倾向。经过改性的内层可以包括已经由以下各项中的一项或多项进行改性的内表面：经由γ、β或紫外线辐射技术用亲水性组分进行表面接枝；光和等离子体诱导；以及基于液体的化学氧化。
在一个实施方案中，生物工艺容器可具有或可呈现与外壳相似的形状以避免折皱。在至少一个实施方案中，生物工艺容器可被配置成保持在外壳内，以使生物工艺容器的折叠和/或折皱最小。生物工艺容器可以是模制容器或被模制以配合在外壳内的生物工艺容器。在操作之前或期间，生物工艺容器可具有与外壳(诸如外壳的凹腔)相似的几何形状。
一般而言，生物工艺容器具有顶部、底部、以及在两者间的至少一个侧壁。因此，生物工艺容器通常具有顶部部分、中间部分和底部部分。生物工艺腔室限定中空壳体，其中中空壳体可接纳生物工艺腔室的内容物，诸如培养基。在一个实施方案中，生物工艺容器可具有圆顶形底部和顶部以配合到保持器中。在一个实施方案中，生物工艺容器可包括底部部分，该底部部分被成型为配合外壳的碟形底部而基本上不折叠和/或折皱。在一个实施方案中，生物工艺容器可包括顶部部分，该顶部部分被成型为配合覆盖件而基本上不折叠和/或折皱。
在另一个实施方案中，生物工艺容器可具有颜色编码的连接。这些连接可以是生物工艺容器的至少两个部件之间的间接或直接连接。
在一个实施方案中，生物工艺容器可具有至少一个喷射器。例如，生物工艺容器可具有两个喷射器，所述喷射器可具有机械上不同的连接。在一个实施方案中，生物工艺容器可具有带有微孔和大孔的双喷射器5。在一个实施方案中，喷射器之间的连接可以是颜色编码的和/或机械上不同的，以便确保操作员不会将错误的管线连接至两个不同的喷射器。
在一个实施方案中，生物工艺容器可容纳压力、泡沫、pH和DO传感器和/或探头和/或液面下汲取管。液面下汲取管可包括止回阀。在一个实施方案中，液面下管可由编织材料或更刚性的材料制成。在一个实施方案中，传感器、探头、和/或管可以是一次性的。
在一个实施方案中，SUB可包括压力传感器，该压力传感器直接或间接地测量生物工艺容器中的压力。例如，在一个实施方案中，压力传感器可位于生物工艺容器中或上。在一个特定实施方案中，压力传感器可以内置在生物工艺容器的壁中，以便确保正确的测量。该传感器可与控制器***兼容以便一起使用，诸如本文所述的那些控制器***。
在一个实施方案中，生物工艺容器可包括排出管线。生物工艺容器可与排出管线流体连通。排出管线具有一定的横截面积。在某些实施方案中，排出管线的横截面积经过选择，使得它与生物工艺容器的中空壳体的容积成比例。例如，在一个实施方案中，排出管线可具有每升中空壳体工作容积约0.3mm2至约0.7mm2的横截面积。在一个特定实施方案中，排出管线的横截面积可具有每升工作容积至少0.5mm2的横截面积。在一个实施方案中，排出管线可位于生物工艺容器的底部中心区域，诸如位于生物工艺容器的最低点的中心。在一个实施方案中，排出管线可位于与流体收集装置3的位置相对应的位置，该流体收集装置可定位在生物工艺容器的中空壳体与排出管线之间。在一个实施方案中，流体收集装置可具有这样的形状，该形状被配置成引起从生物工艺容器进入排出管线的流体的涡流，从而防止空气的夹带。在替代实施方案中，可提供单独的装置来引起进入排出管线的流体的涡流。
生物工艺容器和保持器可以能够用于灌注或补料分批模式。在一个实施方案中，生物工艺容器可包括出口气体过滤器设计，诸如用于灌注***。例如，在一个实施方案中，单次使用生物反应器可具有将能够回收和/或再循环细胞的***。在一个实施方案中，当以灌注模式操作时，生物工艺容器上的管道可被修改，诸如使用歧管，以允许多次进入而没有污染以及应对高流速。
在一个实施方案中，生物工艺容器的设计也可具有螺栓紧固(bolt-on)***。在一个实施方案中，该***可以是可附接至生物工艺容器保持器滑动件的螺栓。在一个实施方案中，这种***可在不使用时关闭和/或断开连接。例如，对于灌注形式，螺栓可实现细胞的回收和再循环。
在一个实施方案中，生物工艺容器的中间部分可具有在约0.3与约3之间，诸如约0.8至约1.5，诸如约1至约1.2的纵横比。在一个特定实施方案中，生物工艺容器的中间区段可具有大约1.1的纵横比。
外壳(110)
与不锈钢生物反应器相比，本公开的单次使用生物反应器还可结合使得易于将生物工艺容器配合到外壳中而不损害性能的特征。
在某些实施方案中，本公开的外壳可允许自由排出而不需要在收获即将结束时操纵生物工艺容器，可避免培养物受到光照，可允许在需要时添加挡板，可允许与生物工艺容器和生物工艺容器内部的探头的一致接触，并且可确保快速传热。在一个实施方案中，生物工艺容器本身可被模制成配合外壳或其部分，以确保没有折叠。
本公开的外壳可具有任何合适的形状。在一个实施方案中，外壳可以是大致圆柱形的，而在其他实施方案中，外壳可以是大致立方体或圆锥形的。在一个实施方案中，根据美国公布号2011-0312087和美国临时申请号62/354,216中描述的可缩放的几何形状，外壳具有可在操作之前、之后和/或期间缩放的几何形状，这些专利的全部内容据此以引用方式并入。
参考图1A和图1B，外壳110结合了在某些实施方案中使得易于将生物工艺容器100配合到外壳110中而不损害性能的特征。如图1A和图1B所示，生物工艺容器100配合在外壳110内部。外壳110包括底部部分4，在一个实施方案中，该底部部分可用作生物工艺容器100的保持器。生物工艺容器100的底部可被配置成适形或配合外壳底部4的形状。外壳110还包括顶部部分10，在一个实施方案中，该顶部部分可用作生物工艺容器100的可移除覆盖件。外壳110包括：包括顶部10的上部部分，和包括底部4的下部部分，它们一起限定凹腔。
外壳的底部4和顶部10可具有任何合适的形状或曲率。例如，底部4和/或顶部10可以是平坦的或弯曲的。外壳或其部件的形状/曲率可以是凹形、凸形、或其中的任何变型。
在一个实施方案中，外壳底部4可包括圆碟形底部。在一个实施方案中，碟形底部可以是基本上圆形的。在一个特定实施方案中，外壳的碟形底部可以是如美国机械工程师协会(American Society of Mechanical Engineers)所述的带凸缘的碟形或等同形式。外壳还可包括位于外壳中的任何合适位置处的至少一个排出口，诸如回收排出口。在一个实施方案中，排出口可位于外壳底部4中。在一个实施方案中，为便于排出，排出口可位于碟的中心的最低点，诸如位于中央最底点。在一个实施方案中，如图1A和图1B所示，防涡器2可位于回收排出管3的区域中，以帮助避免排出期间的空气夹带。
在一个实施方案中，生物工艺容器的顶部可被配置成使得它可在没有盖子或覆盖件的情况下保护生物工艺容器的内容物。在替代实施方案中，外壳110的顶部10可包括用于生物反应器的顶部覆盖件，在一个实施方案中，该顶部覆盖件被设计来保护生物反应器内容物。参考图8和图9A，在至少一个实施方案中，外壳110的上部区域至少部分地被覆盖件盖住，该覆盖件被配置成避免生物工艺容器内容物不期望地暴露于光和/或周围环境。覆盖件可联接至外壳110的上部部分，以使得它可容易地移除和/或重新定位，以便允许接近外壳110的凹腔，并因而有利于生物工艺容器100在外壳110内的布置。
在一个实施方案中，外壳还可包括至少一个紧固件。在一个实施方案中，如图8和图9A所示，一个或多个紧固件可将外壳110的覆盖件紧固在关闭取向上，由此使得在不将紧固件脱离的情况下，覆盖件不能重新定位成打开取向。在至少一些实施方案中，紧固件包括夹具210。在另一个实施方案中，夹具由316L不锈钢制成并且具有在1/2英寸与4英寸之间的壁厚。在另一个实施方案中，夹具是具有螺母和螺栓的304不锈钢2部分高压夹具。在一个实施方案中，覆盖件包括两个基本上呈半球形的碟形区域，所述区域被配置成通过铰链接头打开和关闭，并且可经由一个或多个紧固件(诸如夹具210)锁定，如图8所示。
在一个实施方案中，外壳的顶部可具有端口，诸如至少一个端口、至少两个端口、至少三个端口、至少四个端口，以用于供应管线或进料管线管道的进和/或出。外壳的顶部还可任选地具有至少一个视镜，诸如利用灯，以及用于马达联轴器的一个或多个端口。在一个实施方案中，外壳的顶部是至少部分可拆卸的。在一个实施方案中，外壳的顶部可摆动到适当位置并被夹紧闭合。在一个实施方案中，外壳还可具有窗口，以允许人员检查生物反应器内的液体和泡沫水平。外壳还可包括照明***，以使操作员能够观察液体和泡沫水平。
在至少一个实施方案中，外壳的上部部分包括至少一个门，以进入外壳和/或保持在其中的生物工艺容器。例如，在一个实施方案中，外壳的上部部分包括铰接的通道门，该通道门被配置成允许进入外壳的凹腔并因而有利于将生物工艺容器布置在外壳内。在一个实施方案中，一个或多个紧固件可将至少一个通道门紧固在关闭位置。在一个实施方案中，如图10所示，外壳的上部部分可包括相对的通道门270，所述通道门被配置成使得当处于关闭位置时，相应的自由边缘彼此邻接并且相应的下边缘邻接外壳的下部部分。所述一个或多个紧固件可定位在两个门的相应邻接内边缘和/或相应下边缘处。
在一个实施方案中，如图1A和图1B所示，单次使用生物反应器1包括马达170。马达170可以为搅拌器8提供，并且可提供于生物反应器上或中的任何合适位置。在一个实施方案中，马达可被定位并位于外壳110的顶部10上方的中心。在一个非限制性实施方案中，马达通过连接至外壳(诸如外壳的上半部)的臂保持在适当位置。在另一个非限制性实施方案中，生物工艺容器可以夹到外壳的顶部上，诸如夹到顶部覆盖件上，马达位于可降低的臂上。在另一个非限制性实施方案中，生物工艺容器和马达可以磁性方式附接至外壳的顶部，诸如顶部覆盖件，从而有助于保持生物工艺容器。
在本公开的生物反应器的一些实施方案中，如图1A和图1B所示，外壳将包括集成的称重传感器159，其中称重传感器可与生物工艺容器操作性地关联。在一个实施方案中，称重传感器可以能够测量培养物的质量，诸如精度为+/-0.005％或+/-0.05％。在一个实施方案中，称重传感器将生成与下文讨论的控制器***相容的信号。因此，在一些实施方案中，称重传感器可指示容纳在生物反应器容器的中空壳体内的培养基的质量。
本公开的外壳可由任何一种或多种期望的材料构造而成。在一个实施方案中，外壳可由316L不锈钢构造而成。在某些实施方案中，外壳适于用清洁剂、抗微生物剂、消毒剂等进行清洁和/或处理。清洁剂的非限制性实例包括Klericide消毒剂、杀生物剂和/或Sporkenz等。
搅拌器6、7
在一个实施方案中，单次使用生物反应器还包括混合装置，该混合装置包括联接到至少一个搅拌器的可旋转轴。在一个实施方案中，轴和搅拌器延伸到生物工艺容器的中空壳体中；因此，在一些实施方案中，生物工艺容器的内容物应使用内部混合***机械循环。在大多数实施方案中，经由马达等使搅拌器旋转，以使其形成圆周。在一个实施方案中，混合***可包括叶轮***，以使搅拌器可包括叶轮。
参考图1A和图1B，在至少一个实施方案中，单次使用生物反应器包括搅拌***，该搅拌***包括在生物工艺容器内部的至少一个叶轮并被配置成实现生物工艺容器内容物的受控机械混合。搅拌***的操作由控制器控制，如图36所示。在本公开的一个实施方案中，叶轮可以磁性方式联接至马达。
在一个实施方案中，如图1A和图1B所示，一个或多个叶轮6和7可从叶轮轴8延伸。叶轮轴操作性地联接30至叶轮马达170，该叶轮马达可在生物工艺容器的外部；马达170可经由叶轮轴8向一个或多个叶轮6和7提供旋转力。在至少一个实施方案中，叶轮轴8延伸至生物工艺容器的外部，以经由叶轮端口30与叶轮马达联接。在一个实施方案中，叶轮马达170还可以通过联接到外壳的上部部分的臂保持在适当位置，以使马达居中定位在外壳110的顶部上方。在一些实施方案中，叶轮包括多叶轮，诸如双叶轮6和7，其居中位于单次使用生物反应器的内部。如图1A所示，多叶轮可包括下叶轮和上叶轮，以及任选的一个或多个中间叶轮，每个叶***作性地联接至可旋转的叶轮轴8且沿其间隔开。当缩放单次使用生物反应器时，一个或多个叶轮可设定尺寸或沿轴间隔开，使得即使在规模变化时也维持叶轮之间的纵横比或距离等。
如图1B所示的双叶轮***的使用可提供许多优点和益处，具体取决于生物反应器容器的容积和在生物反应器中处理或生长的生物材料的类型。例如，双叶轮的使用可确保相对于工艺参数(诸如pH、溶解氧张力、溶解二氧化碳和温度)而言均匀的环境。双叶轮可协同工作，以便也将生物反应器内的营养物进料共混。两个叶轮的使用可最终提供对于最佳细胞生长、产物积累和产品质量必要的生理化学环境。
在一个实施方案中，顶部叶轮和底部叶轮均由聚合物材料形成。例如，聚合物材料可包含亲水性材料，或可以被改性以使其具有亲水性。与常规材料(诸如不锈钢)相比，亲水性聚合物材料的使用例如可以提供各种优点和益处。例如，叶轮可由聚合物材料制成，并且具有比许多常规材料更轻的质量和更好的可润湿特性。以此方式，顶部叶轮和底部叶轮可协同工作，以提供快速混合，维持均匀性，将生物材料维持在悬浮状态，并提供最佳的气体分散。特别有利的是，叶轮可实现所有上述目标，同时使旋转期间的细胞损伤最小。例如，据信，叶轮的亲水特性和/或叶轮的较低质量可提供生物工艺容器内的充分共混，同时以保护生物材料的温和方式共混，从而使产量最大。事实上，在一些应用中，由亲水性聚合物材料制成的叶轮的使用可能由于生物工艺容器中维持的条件连同叶轮改善的可润湿性和叶轮的温和性质一起而增加处理时间。
例如，亲水性聚合物叶轮可在主体混合、气体分散和低剪切方面提供最佳的流体动力学特性。通过叶轮***的搅拌将诸如哺乳动物细胞的生物材料保持在均匀的悬液中，从而使细胞生长最大并使细胞损伤最小。
一般而言，所述一个或多个叶轮可由生物相容的任何合适的聚合物材料制成。例如，聚合物材料可包括聚烯烃，诸如聚乙烯、聚丙烯、或它们的共聚物。可通过各种不同类型的处理使聚合物具有亲水性。例如，在一个实施方案中，可以使聚合物经受辐射、光或等离子体诱导、或氧化。也可在使用之前使用任何合适的技术或方法对聚合物材料灭菌。在一个实施方案中，例如，可以使聚合物材料经受γ辐射。在另外其他实施方案中，可以使聚合物材料经受电晕放电。
轴上的叶轮间距可根据具体应用而变化。在一个实施方案中，例如，顶部叶轮与底部叶轮间隔开的距离等于1倍底部叶轮直径至约2倍底部叶轮直径。例如，两个叶轮之间的间距可为约1.2倍底部叶轮直径至约2倍底部叶轮直径。
上叶轮上方的液体高度通常可为约0.3倍顶部叶轮直径至约2.5倍顶部叶轮直径。在一个实施方案中，例如，上叶轮上方的液体高度为约0.5倍顶部叶轮直径至约1.8倍顶部叶轮直径。
底部间隙是生物工艺容器的底部与底部叶轮的中心线之间的间隙。在一个实施方案中，底部间隙为约0.3倍底部叶轮直径至约1.5倍底部叶轮直径，诸如约0.4倍底部叶轮直径至约0.75倍底部叶轮直径。
在一个实施方案中，叶轮轴8集成到生物工艺容器的内部，使得叶轮轴8位于生物工艺容器内部。例如，在一个实施方案中，轴8可最初提供于生物工艺容器的内部，然后，当生物工艺容器建立在生物反应器外壳内时，与叶轮马达联接。轴8可进一步接受γ辐射，以便适应用于生物工艺容器内的细胞培养物生长的无菌环境。在一个替代实施方案中，叶轮轴8最初提供于生物工艺容器的外部，然后当容器建立在生物反应器外壳内时联接至生物工艺容器。
在一些实施方案中，叶轮轴8在生物工艺容器内部是可压缩的(例如，可折叠的或可嵌套的)，以便减小生物工艺容器的尺寸并有利于其储存和运输。在一个实施方案中，搅拌器、一个或多个叶轮和/或一个或多个叶片元件可塌缩到或可折叠到旋转轴或混合***的另一元件上。如图37所示，可以是可塌缩的挡板元件9可从中空旋转轴8突出。在一个实施方案中，杆(诸如金属或塑料杆)***穿过轴套8的中间，从而拉伸挡板并提升搅拌器6和7的部分。挡板可用夹子或类似物卡入适当位置。金属杆的第一区段297可被推动到孔中或以其他方式附接至生物工艺容器的底部或者附接于或推动到生物工艺容器的部件(诸如喷射器环)中。在一个实施方案中，整个中空叶轮轴构造322或其部分可以是可塌缩的。在一个实施方案中，中空搅拌器的部件可由聚合物材料制成，诸如亲水性聚合物。
搅拌***可由任何合适的材料且以任何合适的方式构造，该方式包括3-D打印。在一个实施方案中，搅拌***的构造材料经过选择，使得该***具有足够的机械强度，以便能够在正常操作中支持至少100W/m3的功率耗散。在一个实施方案中，叶轮具有根据美国临时申请号62/354,216和美国公布号2011-0312087的可缩放几何形状，这些专利的全部内容据此以引用方式并入。在至少一个实施方案中，叶轮轴8和叶轮马达170各自包括对应的联轴器，以使叶轮轴8可联接至叶轮马达以实现单次使用生物反应器的操作，并且可与叶轮马达脱离联接，以便实现单次使用生物反应器生物工艺容器的移除。对应的联轴器优选为磁性联轴器。
适用于本公开的搅拌***的叶轮的非限制性实例包括水翼叶轮、高坚实度斜叶叶轮、高坚实度水翼叶轮、Rushton叶轮、斜叶叶轮、温和船桨式叶轮(gentle marine-bladeimpeller)、CelliGen细胞提升式叶轮、A320叶轮、HE3叶轮等。也可使用旋转过滤器，诸如当装置以灌注模式操作时。在本公开的单次使用生物反应器的多叶轮实施方案中，叶轮可包括相同或不同的材料、设计和制造方法。例如，在一个实施方案中，顶部叶轮可以是水翼叶轮或类似设计之一，诸如使用3D打印机制造的叶轮。又如，底部叶轮也可以是水翼叶轮。另选地，多叶轮设计所设想的其他类型的叶轮包括高坚实度斜叶叶轮、高坚实度水翼叶轮、轴向水翼叶轮等。在一个实施方案中，适用于本文的叶轮包括通过3-D打印制造的看起来像本领域已知的任何叶轮的那些，即使叶轮的规模不同。
在一个实施方案中，顶部叶轮可包括水翼叶轮。在此实施方案中，底部也可包括水翼叶轮。另选地，底部叶轮可包括斜叶叶轮或高坚实度水翼叶轮。例如，底部叶轮可特别设计来耗散从一个或多个喷射器发出的气体。
搅拌***可被配置成使容纳在生物工艺容器内的任何期望组分悬浮。例如，在至少一个实施方案中，搅拌***被配置成使非结块的哺乳动物细胞系悬浮。本公开的单次使用生物反应器可使用任何数量的叶轮来促进相对于工艺参数(诸如pH、溶解氧张力(DOT)和温度)而言均匀或半均匀的环境，从而维持充分混合的细胞悬液并在单次使用生物反应器内共混营养物进料。
搅拌***可进一步被配置成达到期望的搅拌速度或混合时间。例如，在至少一个实施方案中，搅拌***被配置成在大约1100升的填充体积下支持短于70秒的混合时间。在一个实施方案中，如图1A和图1B所示，搅拌***可包括至少一个转速计242。转速计可被配置用于监测联接到所述至少一个搅拌器的可旋转轴的旋转速度和/或可被配置成测量SUB操作期间搅拌器(诸如叶轮)的搅拌速度。转速计可与控制器通信，并且可进一步被配置成将所测得的搅拌速度提供给控制器，以便实现控制反馈回路。在一个实施方案中，控制器可被配置成以使轴以预定速度旋转的方式控制马达。在一个实施方案中，可测量搅拌速度并经由来自经过校准的转速计的输入进行控制。在另一个实施方案中，控制器可显示当前搅拌速率并控制马达速度以实现工艺设定点。在一个实施方案中，叶轮可实现大于0转/分钟(rpm)的搅拌速率，诸如大于50rpm，诸如大于100rpm，诸如大于200rpm，诸如大于500rpm，诸如大于1,000rpm。在一个特定实施方案中，可控制叶轮实现在50至200rpm范围内+/-1rpm的恒定搅拌速度。在一个特定实施方案中，可使用0至80±1rpm的搅拌速率作为操作范围。在另一个特定的多叶轮实施方案中，至少两个叶轮的搅拌速率可以是200rpm或可以是最多165rpm。然而，所述至少两个叶轮的搅拌速率取决于规模；因此，可控制叶轮以实现高得多或低得多的搅拌速度。搅拌速度设定点可作为搅拌速度带提供，以使得当测得的搅拌速度在搅拌速度带之外时采取校正措施。搅拌速度设定点也可由级联控制***基于溶解氧浓度、CO2浓度、pH或它们的任何组合来控制。例如，在一个特定实施方案中，当dO2等被控制在设定点并且气体流动达到设定速率时，可增加搅拌速度而不是气体流动以达到设定点。
在一些实施方案中，进入生物反应器的功率耗散和雷诺数可能需要足够高以维持湍流(负载)状态。因此，叶轮直径的选择可以是在选择足够大的直径以确保充分均匀混合而不超过生物反应器的流体动力学特性之间的折衷。这些流体动力学特性包括节流轴向流、功率耗散不足、超过叶轮尖端速度的上限以及产生混合不良的层流区。在一个非限制性实施方案中，轴向流式叶轮的直径可小于0.5xT，以便避免轴向流的破坏以及不良的搅拌和曝气。
在一个实施方案中，可以基于来自主要溶解氧张力(DOT)探头和光谱探头的读数来控制搅拌设定点。在一些实施方案中，维持DOT可优先考虑。一旦选定直径，那么维持恒定的D/T比在按比例缩小先导容器(pilot vessel)之间是关键性的，以便维持规模研究的中心假设，即保持几何相似性的中心假设。对于一个示例性实施方案，以实施例4所示的D/T比确定了四个叶轮在12.2升下的kLa按比例放大相关性。从几何相似性的观点来看，在某些实施方案中，可推荐1.229m的A310直径(D/T为0.44)和1.285m的A315直径(D/T为0.46)。然而，在某些实施方案中，人孔(manway)直径可将可以安装和移除的最大叶轮直径限制为1.219m。因此，在一些特定实施方案中，可使用为1.219m直径的A310和A315，从而保持叶轮安装和移除的容易性并保持接近于按比例缩小研究中提出的几何相似性。
挡板9
本公开的单次使用生物反应器还可包括至少一个挡板。挡板是用于防止形成漏斗或涡旋的竖直板。参考图1A和图1B，在至少一个实施方案中，单次使用生物反应器包括挡板***(9)，该***包括至少一个挡板，该挡板被配置成在操作期间破坏或以其他方式基本上防止在单次使用生物反应器内形成涡旋，并减少层流。本公开的单次使用生物反应器可包括至少一个挡板，诸如至少两个挡板、诸如至少三个挡板、诸如至少四个挡板、诸如至少五个挡板、诸如至少六个挡板。
挡板可以在任何合适的位置并以任何合适的布置定位在外壳或生物工艺容器上或中或由其形成。在一个实施方案中，挡板可被配置成邻近生物工艺容器的侧壁在纵向方向上延伸。因此，在一些实施方案中，挡板在一个实施方案中沿着外壳或生物工艺容器的内表面以均匀或不均匀间隔开的取向纵向定位，并且可从该内表面朝向外壳或生物工艺容器的中心径向突出，从而基本上形成大体上肋状的内表面。正如先前的设计未预料到的那样，沿着生物工艺容器或外壳的整个长度或部分长度纵向定位的挡板的使用有助于确保偏转轴向流生成并沿挡板的整个长度加强；因此，在低搅拌速率下由带挡板的单次使用生物反应器可获得强度和能量均一的偏转轴向流。
在一个实施方案中，挡板被配置成放置在生物工艺容器的中空壳体的外部。例如，在一个实施方案中，挡板可附接至外壳的内表面或由其一体成形。在单次使用生物反应器的操作之前、期间和/或之后，生物工艺容器的侧面可以围绕挡板的适形和/或配合于挡板的形状。因此，在至少一些实施方案中，柔性生物工艺容器围绕生物反应器外壳的大体上肋状的内表面自身弯曲或以其他方式适形。在一个另选的实施方案中，挡板可被配置成放置在生物工艺容器的中空壳体内部或由其一体成形。在一些实施方案中，挡板可被配置成使得它们可钩到在生物工艺容器或外壳内部上的孔或开口中，诸如经由卡钩-卡槽(hook-and-slot)紧固件。以此方式，挡板可以是可移除的和可交换成具有不同特征的挡板。如图5所示，柔性挡板24可在顶部和底部连接至容器1，并通过拧紧容器1顶部的一对机械螺钉140来紧固。
在一些实施方案中，挡板能够膨胀和/或收缩。因此，在一个实施方案中，挡板限定可膨胀的流体囊。所述挡板可以结合到柔性生物工艺容器中，或在一些实施方案中，可结合到外壳上。挡板可经由张力或空气压力变冷(frigid)，从而允许将冷的挡板结合到需要折叠以便储存的柔性生物工艺容器中。在一些实施方案中，可使挡板在与生物工艺容器或外壳结合之前膨胀。在其他实施方案中，挡板将在膨胀之前与生物工艺容器或外壳结合。在某些实施方案中，挡板可被配置成使得在通过机械螺钉连接至外壳和/或生物工艺容器时，由螺钉产生的张力可以实际上“膨胀”挡板。
本公开的至少一个挡板可由任何合适的材料形成。例如，在一个实施方案中，挡板由柔性聚合物膜制成。
本公开的挡板可呈现任何合适的形状。在一个实施方案中，所述至少一个挡板具有从生物工艺容器的侧壁径向向内延伸的形状，延伸量足以在通过混合装置混合培养基期间影响中空壳体中的流体流动。在操作中，挡板***具有根据美国公布号2011-0312087中所述的可缩放几何形状的可缩放几何形状，该专利的全部内容据此以引用方式并入。在一个实施方案中，挡板可包括具有倒圆边缘的直板或弯曲板。
在至少一个实施方案中，一个或多个挡板包括***式挡板，该***式挡板包括对应于外壳的上部部分和下部部分的顶部挡板和底部挡板。在一个实施方案中，***式挡板可分成多于两个部分，诸如分成三部分或四部分。如图10所示，在外壳内部可存在四个挡板9，以避免在马达工作时产生涡旋。这些挡板中的每一个可***成两个半部，即顶部和底部。然后可以将这些挡板悬挂到卡钩上并***卡槽中的适当位置。
一个或多个挡板的厚度不受限制，但是，在一些实施方案中，厚度可经过选择以便确保流体流的径向分量的刚度。在另外的实施方案中，可使用张力或空气压力确保流体的径向分量的刚度。另外，在一些实施方案中，对厚度进行选择以确保挡板在γ辐射期间不被损坏，从而影响挡板到槽壁间隙。在一个特定实施方案中，本公开的生物反应器可包括四个等距间隔开的挡板，这些挡板为0.1xT或279mm宽、1.1xH-Hh或3882mm高，并且具有0.01xT或28mm的挡板到外壳壁的间隙Wc。挡板可具有小于外壳和/或生物工艺容器直径的20％的直径，诸如小于15％、诸如小于10％、诸如小于5％、诸如小于3％，以减少培养物中的层流。因此，在一个实施方案中，至少一个挡板可朝向外壳和/或生物工艺容器径向向内延伸一定的距离，所述距离为生物工艺容器和/或生物反应器外壳的直径的约1％至约25％，诸如约3％至约20％、诸如约5％至约15％。
端口20、21、180
根据本公开的单次使用生物反应器还可具有用于向生物工艺容器的中空壳体进料材料或从中移除材料的至少一个入口和/或出口端口。单次使用生物反应器可具有端口，管道或其他附件可经由所述端口延伸进入和离开单次使用生物反应器环境。具体地讲，生物工艺容器可包括至少一个端口，所述端口具有第一端部和第二端部，以用于连接到至少一根供应/进料管线。在另一个实施方案中，生物工艺容器可包括用来连接用于将诸如流体的材料进料到生物工艺容器中的多根供应管线的多个端口。这些端口可包括用于形成与供应管线的附接的连接器。在一些实施方案中，一些连接器和管线可能是不兼容的；因此，在某些实施方案中，连接器和管线的有限兼容性可确保所需管线和端口的正确连接。在另外的实施方案中，可使用智能管道连接，这可涉及管道连接的正确性的电子验证。在某些实施方案中，供应管线中的至少一根可包括位于其对应端口上游或下游的流体过滤器。在至少一个实施方案中，单次使用生物反应器包括至少一个样品端口。
单次使用生物反应器可包括用于将流体进料至生物工艺容器的任何数量的供应/进料管线。在一些实施方案中，供应管线中的至少一根可包括流体过滤器，诸如在线过滤器。单次使用生物反应器还可包括任何数量的端口，诸如至少一个端口、诸如至少两个端口、诸如至少三个端口、诸如至少四个端口、诸如至少五个端口、诸如至少有六个端口、诸如至少七个端口。在一个实施方案中，本公开中使用的端口可具有可缩放的几何形状。端口可以允许材料沿一个或两个方向移入或移出端口。例如，在一个实施方案中，出口端口可仅允许流体流出出口。在某些实施方案中，这些端口可与可调节材料移动的控制装置相关联。在一个实施方案中，控制装置可以是单向阀或止回阀。在一些实施方案中，每个端口可仅具有一根对应的供应管线。在其他实施方案中，每个端口可具有多根对应的供应管线。
在某些实施方案中，每个端口和每根对应的供应管线包括匹配指示物，包括但不限于标签和/或形状和/或颜色编码。这些匹配指示物可用于辅助用户将至少一根供应管线连接至其相应端口。在一个特定实施方案中，匹配指示物包括颜色，以使每个端口和对应的供应管线是颜色编码的。在某些实施方案中，端口可包括通用连接器。在一个实施方案中，端口的第一端部形成与相应供应管线的可重新连接的附接。
参考图3和图7，在至少一个实施方案中，生物工艺容器包括若干个生物工艺容器端口，经由所述端口，供应管线、管道或其他附件可延伸进入和离开生物工艺容器，并且外壳包括一个或多个对应的外壳端口，经由所述端口，管道或其他附件可穿过外壳延伸进入和离开单次使用生物反应器环境。在一个实施方案中，所述一个或多个外壳端口可与对应的生物工艺容器端口对齐，以使得当单次使用生物反应器操作时，生物工艺容器的折叠和/或折皱最小。
图3示出根据本公开的一个实施方案的单次使用生物反应器(SUB)容器的顶部的视图，其中11代表泡沫传感器，19代表压力传感器，20代表无菌固体添加端口，而21代表双气体出口端口。本公开的生物工艺和外壳端口可被配置成使得在一个实施方案中生物反应器的管道和其他附件可通过生物工艺容器和外壳的突出部保持在适当位置。
图7示出根据本公开的一个实施方案的单次使用的一次性生物工艺容器100的侧视图。生物工艺容器100带有单次使用探头27、或用于随生物工艺容器一起原位灭菌的探头的窗口。一次性生物工艺容器100包括足够的探头端口28，以允许使用三重探头进行所有测量，从而提供冗余和检测探头误差的能力。例如，一次性生物工艺容器100可包括温度探头端口180、单次使用的介电光谱探头26、单次使用的pCO2非侵入式探头190以及单次使用的非侵入式DOT探头200。一次性生物工艺容器100还可包括光学透明的光谱窗口13，以允许细胞培养物的非侵入式光谱测量，以及进入容器的管15。
在至少一个实施方案中，单次使用生物反应器包括用于在生物工艺容器内容物的填充水平处或其下方排放流体的至少一个液面下端口。例如，在一个实施方案中，单次使用生物反应器可包括用于将流体进料到/供应到生物工艺容器中的至少一根进料管线，其中该进料管线延伸到生物工艺容器的中空壳体中。进料管线可包括液面下流体出口，该出口可位于中空壳体内的任何合适的位置处，诸如与搅拌器相邻。在搅拌器在旋转时形成圆周的实施方案中，进料管线的液面上流体排放口可位于搅拌器的圆周上方，以使得流过流体排放口的流体使培养基与搅拌器的圆周接触。在一些实施方案中，流体出口可与调节流体流动的流体控制装置相关联。例如，流体控制装置可仅允许流体流出流体出口并且可防止流体在相反方向上流动。在一个实施方案中，流体控制装置可包括单向阀。
在至少一个实施方案中，单次使用生物反应器包括一个或多个液面上端口，所述端口在生物工艺容器内容物的填充水平处或其上方排放。此外，在至少一个实施方案中，单次使用生物反应器包括至少一个液面上端口，所述端口基本上在单次使用生物反应器的纵向轴线区域处或附近排放。在一个实例中，单次使用生物反应器包括位于生物工艺容器顶部的至少一根进料管线，其中进料管线包括位于驻留在生物工艺容器中的一定体积的培养基上方的液面上流体排放口。液面上流体排放口可被定位和/或被配置成使得流过流体排放口的流体与容纳在生物工艺容器内的培养基直接接触。在一个实施方案中，液面上端口还可包括排放嘴或漏斗，其中该嘴或漏斗释放材料使得它不沿着生物工艺容器的侧面向下流动。
参考图1A、图1B和图7，在至少一个实施方案中，单次使用生物反应器包括收获控制***。收获控制***可包括至少一个收获端口和经由收获管道联接的对应的收获泵。每个对应的端口、泵和管道组合可形成收获管线。在一个实施方案中，温度控制***的操作由控制器控制。在一个实施方案中，收获端口可具有被配置成引起来自生物工艺容器的流体的涡流的形状。在一个替代实施方案中，附加装置可附接至收获端口，以便引起流体的涡流。收获端口、管道和泵可具有任何合适的配置。在一个实施方案中，收获端口可具有与保持在生物工艺容器的中空壳体中的培养基的体积成比例的直径或横截面积。在另一个实施方案中，可修改收获管线和/或端口的内径以匹配待收获培养基的流速。在一个实施方案中，这些收获管线端口的设计可使用加强或编织的管道，以防止在高流速应用期间管在泵的吸入压头下塌缩。
在至少一个实施方案中，外壳的任选的顶部覆盖件包括一个或多个覆盖件端口，经由所述端口，管道或其他附件可穿过覆盖件延伸进入和离开单次使用生物反应器环境。在一个实施方案中，所述一个或多个覆盖件端口可与对应的生物工艺反应器端口对齐，以使得当单次使用生物反应器操作时，单次使用生物反应器的折叠和/或折皱最小。在至少一个实施方案中，覆盖件端口被对分，使得它们分开以允许对保持在其中的管道和/或附件的接近和操纵。在至少一个实施方案中，覆盖件端口与覆盖件的铰链接头一致地对分。在一些实施方案中，覆盖件包括至少一个端口，诸如至少两个端口、诸如至少三个端口、诸如至少四个端口、诸如至少五个端口。
在一个实施方案中，单次使用生物反应器具有至少一个，诸如至少两个用于添加碱的端口20，如图1A和图1B所示。在一个特定实施方案中，生物反应器可具有两个用于添加碱的端口，其中第一端口位于底部叶轮的中心线处而第二端口位于顶部叶轮的中心线处。在一个实施方案中，pH探头可以被定位成与进入生物反应器的碱添加点在直径上相对。
在至少一个实施方案中，单次使用生物反应器包括在生物工艺容器内容物的填充水平下方排放的一个或多个液面下端口。此外，在至少一个实施方案中，单次使用生物反应器包括在叶轮区域中排放的两个液面下端口。通过设计具有内部进料管线的进料端口，所述内部进料管线在生物反应器内布置以允许直接排放到叶轮周围的强流动区中，可以令人惊讶地防止环境微区的形成。这些微区的防止和最小化导致在进料添加后快速恢复均匀性并且具有最大的益处，尤其是在较大规模的操作中。还可通过选择适当的进料管线内径以匹配所施用的预期进料团块体积或匹配施用进料时的流速来进一步减少非生理环境微区的形成。在一个实施方案中，这些进料管线端口的设计可使用加强或编织的管道，以防止在高流速应用期间管在泵的吸入压头下塌缩。
端口可具有任何合适的直径。在一个实施方案中，该直径可基于生物反应器规模。例如，在一个特定实施方案中，收获端口具有1英寸的内径。
喷射器5
如图1A和图2B所示，根据本公开的单次使用生物反应器可包括至少一个喷射器5。在一些实施方案中，单次使用生物反应器包括两个或更多个喷射器5。在一个实施方案中，喷射器中的一个可以是镇流喷射器。喷射器可包括具有纵向部分和侧向部分的气体管。纵向部分可竖直延伸到生物工艺容器的中空壳体中。侧向部分可在搅拌器下方位于纵向部分的端部。侧向部分可限定用于将气体释放到容纳在生物工艺容器内的培养基中的多个孔。在一些实施方案中，单次使用生物反应器包括至少一个镇流喷射器和至少一个第二喷射器。镇流喷射器限定用于将气体释放到培养基中的第一多个孔，而第二喷射器限定用于将气体释放到培养基中的第二多个孔。第二多个孔可具有与第一多个孔相同或不同的孔直径和/或数量。例如，在一个实施方案中，第二多个孔可具有小于第一多个孔的直径。
在本公开的另一个实施方案中，可存在用于安装镇流喷射器的单独的喷射器端口。添加来自单独的喷射器的镇流的优点可以出于至少以下三个原因中的一个或多个：(i)它防止氧气或富氧DOT需求气体被镇流气体稀释，在一些实施方案中，这可确保最佳OTR，因为从喷射器出来的气泡的氧浓度梯度最大；(ii)它可允许镇流喷射器位于与DOT控制喷射器不同的位置，以避免在递送所需的镇流以进行pCO2控制时影响DOT控制；以及(iii)镇流喷射器可与DOT控制喷射器独立设计。然而，在某些实施方案中，对于镇流喷射器和至少一个其他喷射器，可能希望使用相同的喷射器端口。
在一个实施方案中，可选择喷射器几何形状，以便以期望的方式分布期望数量的孔和/或用于期望的卫生设计。
在一个实施方案中，孔大小和孔数量的计算可以是迭代的，直到达到从孔中出来的气体的目标雷诺数Re，诸如<2000，并且达到连串鼓泡方案(chain bubble regime)期间气泡的目标索特尔平均直径(Sauter mean diameter)，诸如10-20mm。在某些实施方案中，探头端口、样品阀和添加点的位置可以一并考虑以避免暂时性的尖峰。此外，在某些实施方案中，样品阀相对于控制探头的位置可被配置成允许准确估计所测量的工艺参数的离线验证。
喷射器可位于生物反应器容器中的任何合适位置。在一个实施方案中，喷射器的远端可优选地定位在叶轮(或在多个叶轮的情况下，最底部叶轮)下方，以便将泵送的气体排气到叶轮扫过的区域中。
在至少一个实施方案中，单次使用生物反应器包括曝气***，该曝气***包括喷射器***和气体覆盖层***中的至少一个。曝气***被配置成在单次使用生物反应器的操作期间向细胞培养物供应氧气和其他气体。在一个实施方案中，曝气***的操作由控制器控制。
在一个实施方案中，可以经由喷射器***和气体覆盖层在相同或不同的时间将气体引入单次使用生物反应器中。在一个非限制性实施方案中，气体可包括氧气、氮气、二氧化碳和压缩空气。在一个实施方案中，曝气***可包括基于子***的传质能力而设定尺寸的质量流控制器，以便实现工艺控制。在一个实施方案中，质量流控制器的数量足以使得能够独立控制通向主喷射器的所有气体中的至少一种、通向顶部空间气体覆盖层的空气、以及通向第二喷射器的任何四种气体中的至少一种。在一个实施方案中，以上气体供应中的每一个可以实现为独立的流，并且当工艺不需要时可以能够全部关断。在一个实施方案中，在操作中，气体流速设定点作为气体流速带提供，以使得当测得的气体流速在气体流速带之外时可以采取校正措施。在一个实施方案中，喷射器***和气体覆盖层***各自被配置成支持任何VVM的期望总气体流速，诸如在一个特定实施方案中为150L/min。
在一个实施方案中，喷射器***可包括至少一个喷射器，所述喷射器在单次使用生物反应器的内部并且联接至单次使用生物反应器的气体入口，以便从单次使用生物反应器外部的质量流控制器接收气体。喷射器可包括细长的喷射管，该喷射管在其远端具有多个任何期望直径的喷射器孔。在一个实施方案中，喷射器***可包括两个喷射器和相关联的附件。在一个特定实施方案中，喷射器***可产生气泡，这些气泡具有在1g/L普朗尼克(pluronic)中11mm的索特尔平均气泡直径和在最大预期气体流速下小于2000的从喷射孔出来的气体的雷诺数。喷射器***也可被配置成使得在期望的NLPM下实现期望的平均气泡直径和雷诺数。在一些实施方案中，喷射管和/或喷射***可具有30个2mm的喷射孔。
在一个实施方案中，气体覆盖层***可包括气体入口，该气体入口从单次使用生物反应器的顶部空间延伸，诸如从外壳或生物工艺容器的顶部空间延伸，以便从单次使用生物反应器、外壳、和/或生物工艺容器外部的质量流控制器接收气体。在一个实施方案中，气体入口/出口230可以是超出表面的端口。在一个实施方案中，如图6和图8所示，喷射器***和气体覆盖层***的气体入口/出口230还可包括气体过滤器23。在一个实施方案中，气体出口230上的阀可以是自动夹管阀，这些阀可任选地由本文所述的控制***控制。在另一个实施方案中，自动夹管阀可被配置成能够在生物工艺容器内部的压力升高超过可接受水平的情况下切换至备用气体流出管线。在某些实施方案中，气体出口可以是可更换的和/或可互换的。
曝气***还可包括废气出口，该废气出口被配置成在操作期间经由气体离开管线释放来自生物工艺容器内部的气体。在一个实施方案中，气体出口可以是超出表面的端口。气体出口可包括气体过滤器。废气出口还可包括通向主和备用10英寸过滤器的分叉管线。气体出口过滤器也可使用可重复使用的连接配合到生物工艺容器的顶部上，以便在需要时可以更换这些过滤器。
另外，曝气***可包括冷凝器22。冷凝器22可位于气体离开管线上并且被配置成减少因蒸发而造成的水损失，如图4和图6所示。在一个实施方案中，这些冷凝器可配合到生物工艺容器的顶部上。在一个实施方案中，气体出口和冷凝器可配合到外壳上部部分的保持器中，优选地在覆盖件上。保持器可以调整至从竖直到水平的不同角度。保持器还可包括至少一个(诸如至少两个)联接至控制器的自动夹管阀，以使得如果内部生物工艺容器压力过高，则气体出口可自动切换至备用气体出口。在一个实施方案中，可使用可重复使用的连接将气体出口过滤器和冷凝器配合到生物工艺容器的顶部上。在一个实施方案中，冷凝器单元可以是可更换和/或可互换的。
在一个实施方案中，曝气控制***可进一步配置成维持与细胞培养需求成比例的平滑CO2流和/或防止尖峰或脉冲CO2流。因此，在一个实施方案中，曝气控制***可被配置成监测SUB环境中的溶解CO2水平，和/或配置成控制独立的喷射速率、独立的酸添加泵、和/或通向喷射器的CO2流的最小输出设置。在一个实施方案中，可以经由pCO2传感器监测溶解CO2水平。
在一个实施方案中，曝气***可包括至少一个溶解氧张力(DOT)传感器。在一个实施方案中，这些传感器可以是电化学传感器。在一个实施方案中，控制器可被配置成提供2种类型的DOT控制：上限空气法(capped air method)和气体混合法。一般而言，上限空气法提供穿过单个质量流控制器(MFC)引入的用户可定义的连续氮气流。DOT控制可通过经由质量流控制器增加空气流速以匹配来自细胞的氧需求而实现，其中当空气流速达到用户定义的限度时能够启动氧气供应(经由质量流控制器)。在这些情况下，空气可以限制在固定流速，并添加氧气(在PID控制下)以补充需求。当不再需要氧气时，控制将返回空气流动。在气体混合法中，DOT和pH由完整的3+1气体混合***控制。通过以预定的、用户可选择的总气体流速改变空气/氮气和氧气的混合来控制DOT。通过添加CO2和碱来控制pH，而不增加总气体流速。
生物反应器温度控制
参考图6，在至少一个实施方案中，单次使用生物反应器包括温度控制***。温度控制***可包括热夹套280、热循环器以及至少一个温度传感器180。在一个实施方案中，温度控制***的操作由控制器控制。在一些实施方案中，温度传感器与控制器通信。在一个实施方案中，热夹套和热循环器一起加热和冷却生物工艺容器内的细胞培养物，以便避免在单次使用生物反应器操作期间热点和冷点的形成和/或持续存在。生物反应器夹套可以部分或完全围绕外壳和/或生物工艺容器。在至少一个实施方案中，热夹套至少部分地，优选地完全覆盖生物反应器容器的在探头搁架上方的下部部分。在一些实施方案中，热夹套可与加热或冷却流体中的至少一者流体连通。在一个实施方案中，生物反应器夹套可包括水夹套。
生物反应器夹套280的示例性实施方案在图6和图10中示出。如图6和图10所示，在一些实施方案中，生物反应器夹套280覆盖外壳110的下半部。生物反应器夹套280可被配置成使得提供至少一个开放空间或孔，诸如用于放置探头带。如图10所示，在一个实施方案中，生物反应器夹套280可覆盖外壳在探头带290上方的下半部。此配置可促进有效的热传递。探头搁架260可位于生物反应器夹套280上。
在一个实施方案中，外壳110的至少一个门270可具有热夹套，该热夹套可与外壳的下半部的热夹套分开或连接。在另一个实施方案中，顶部夹套可经由柔性管道或类似物连接至底部夹套，以便确保所述至少一个门可打开。
在一个实施方案中，温度传感器在单次使用生物反应器的操作期间感测细胞培养基的温度。在温度传感器与控制器通信的实施方案中，控制器可被配置成从温度传感器接收信息，并且基于该信息，控制进入生物反应器热夹套的流体的流动，以增加或降低容纳在生物工艺容器中的培养基的温度。因此，在一些实施方案中，培养基维持在预设的温度限度内。
在一个实施方案中，温度传感器包括电阻温度检测器。在操作中，在一些实施方案中，温度设定点可作为温度带提供，以使得当测得的温度在该温度带之外时采取温度校正措施。在至少一个实施方案中，温度控制***被配置成将温度维持在10℃至40℃的范围内+/-0.2℃。在至少一个实施方案中，温度控制***被配置成将温度维持在5℃至20℃的范围内+/-1.0℃。在至少一个实施方案中，温度控制***被配置成使得对于在10℃至40℃范围内的任何设定点之间的转变，温度过冲和下冲不超过+0.8℃。在至少一个实施方案中，温度控制***被配置成在10℃至40℃的范围内的发酵过程中将温度恒定控制在+/-0.1℃。在至少一个实施方案中，温度控制***被配置成使得温度控制***不能加热超过某一温度(诸如40℃)，以避免对任何一次性零部件造成损坏。
在一个实施方案中，通过工艺控制使培养基达到操作温度。在一个实施方案中，这通过夹套的“温和”加热或冷却来实现。例如，在一个实施方案中，在容器壁处避免非常高或非常低的温度。在至少一个实施方案中，温度控制***被配置成使得热夹套在不到6小时内将1000L细胞培养基从环境温度升至34℃至40℃。在至少一个实施方案中，温度控制***被配置成使得热夹套在不到6小时内将1000L细胞培养基从34℃至40℃冷却至10℃。在一个实施方案中，操作期间的温度控制范围为36℃至38℃，在设定点处的精度为±0.2℃。
在一个特定实施方案中，生物反应器夹套区域可以在考虑到以下考量的情况下指定：(i)培养基从10℃升温至40℃；(ii)生物反应器内的所有点必须达到设定点(通常为例如37℃)的±0.2℃，如通过热电偶所测量的，以及(iii)介质从40℃冷却至10℃。
探头28/探头带290：
参照图7，在至少一个实施方案中，本文所述的各种探头和/或传感器中的一个或多个设置在至少一个探头带290中，所述至少一个探头带被配置成相对于生物工艺容器适当地定位各种探头和/或传感器。所述至少一个探头和至少一个探头带可被配置在外壳中或外壳上的任何合适的位置。例如，在一个特定实施方案中，样品管线位于pH探头旁边，以确保在获取离线pH样品时紧密接近。在至少一个实施方案中，提供两个或更多个探头带。每个探头带可以能够各自在操作上容纳至少一个，诸如至少两个、诸如至少三个、诸如至少四个、诸如至少五个、诸如至少六个探头和/或传感器。在一个实施方案中，探头带包括两个pH传感器和两个DO传感器。在一些实施方案中，可容纳至少七个，诸如至少八个、诸如至少九个、诸如至少十个另外的探头。探头可彼此相对。在一个特定实施方案中，探头搁架被配置成在操作上支撑两个探头带，每个探头带能够容纳彼此相对的六个探头。在一个实施方案中，探头带(诸如包含光谱探头的探头带)可被配置成避免带和/或探头受到光或其他环境条件的影响。
在一个实施方案中，探头可搁置在搁架上。参照图10，在至少一个实施方案中，外壳110的下部部分和/或生物反应器夹套280包括探头搁架260，该探头搁架被配置成在操作上支撑其上具有各种探头的至少一个探头带290。搁架可以永久地或可移除地固定至生物反应器外壳。搁架可被取向成相对于外壳成某一角度，诸如大于1°、诸如大于5°、诸如大于10°、诸如大于15°、诸如大于30°、诸如大于45°、诸如大于60°。在一个实施方案中，探头搁架被取向成相对于外壳外表面成锐角。在一个特定实施方案中，探头搁架被取向成相对于外壳外表面成30°角。
在一个实施方案中，各种探头与控制器和/或它们各自的***进行有线和/或无线通信，并且被配置成向其发送相应的数据。在一个非限制性实施方案中，光谱探头是RAMAN或NIR型的。在一些实施方案中，光谱探头可接收和监测多种特征，包括但不限于活细胞浓度、培养物活力、葡萄糖浓度、氨基酸浓度、乳酸浓度以及铵浓度。在一些实施方案中，使用附加工具进行的进一步测量和分析可能是产物表征所必需的。在一个实施方案中，控制器优选地被配置成基于光谱探头的输出控制各种***设定点(例如，pH、温度、DOT、搅拌、氮气流速、空气上限)和泵流速(所有集成泵和外部泵)。
方法
在本公开的一个优选实施方案中，根据本公开的方法在本公开的至少一个单次使用生物反应器中进行。在一个实施方案中，本公开包括一种用于跨规模和容器大小来比较生物反应器容器的性能的方法。在另一个实施方案中，本公开包括一种用于验证超出预期操作范围的生物工艺容器性能(诸如用于按比例放大或缩小)的方法。在另一个实施方案中，本公开包括一种用于以理论或实验方式确定在生物工艺容器的缩放期间至少一个喷射器中的孔的数量和大小的方法。
本公开还包括一种用于培养和增殖细胞和/或细胞产物的方法，其中将至少一个细胞在合适的条件下且在具有第一容积的第一生物反应器中的合适培养基中培养，将包含通过从至少一个哺乳动物细胞增殖获得的细胞的培养基转移到具有第二容积的第二生物反应器中，其中第二容积大于第一容积，将转移的细胞在第二生物反应器中培养，将包含来自第二生物反应器的细胞的培养基转移到具有第三容积的第三生物反应器，其中第三容积大于第二容积，并且将转移的细胞在第三生物反应器中培养。
在一个特定实施方案中，本公开还包括一种用于培养和增殖细胞和/或细胞产物的方法，其特征在于a)在合适的条件下且在第一单次使用生物反应器中的合适培养基中培养至少一个哺乳动物细胞，所述第一单次使用生物反应器具有至少10L，诸如至少500L、诸如至少1000L的容积，b)将包含通过从至少一个哺乳动物细胞增殖获得的细胞的培养基转移到第二单次使用生物反应器中，所述第二单次使用生物反应器具有至少1000L，诸如至少2000L、诸如至少4000L的容积，c)将转移的细胞在第二单次使用生物反应器中培养，d)将包含步骤c)中获得的细胞的培养基转移到第三单次使用生物反应器中，所述第三单次使用生物反应器具有至少为10,000L，诸如至少20,000L的容积，以及e)将转移的细胞在第三单次使用生物反应器中培养。在一个实施方案中，该***可包括彼此流体连通的多个单次使用生物反应器。生物反应器可由单个控制器或多个控制器控制。在一个实施方案中，***中的每个单次使用生物反应器可具有相同的大小。每个单次使用生物反应器的容积例如可以是例如1000L、2000L、4000L、10,000L、20,000L等。
在本公开的一个实施方案中，该方法的特征在于所用的生物反应器中的至少一个是根据本公开的生物反应器。在另一个实施方案中，所用的所有生物反应器都是根据本公开的生物反应器。
根据本公开的生物反应器在此背景中是本说明书、实施例和权利要求中描述的所有生物反应器。
在一个实施方案中，步骤e)的生物反应器以分批或补料分批模式操作。在一个实施方案中，细胞在步骤e)中培养优选6至20天。
步骤a)也称为阶段N-3和/或N-2。步骤c)也称为阶段N-1。步骤e)也称为阶段N。
在一个实施方案中，步骤a)、c)和e)的生物反应器中的培养条件是相同的。在一个实施方案中，步骤a)、c)和e)的生物反应器中的培养条件具有相对于诸如pH、溶解氧张力和温度之类的工艺参数而言均匀的环境。在一个实施方案中，步骤a)、c)和e)的生物反应器中的pH、溶解氧张力和温度是相同的。
在本公开的一个实施方案中，转移步骤b)和/或d)之后的接种比率为至少10％v/v，诸如至少11％v/v(1比9稀释)且最多30％v/v，诸如最多20％v/v(1比5稀释)。
组(train)
根据本公开的单次使用生物反应器***也可用于生物反应器组或装置中。
在一个实施方案中，生物反应器组可包括不同的生物反应器，也称为阶段。例如，容积为至少500L，诸如至少1000L的生物反应器可对应于阶段N-3和/或N-2。容积为至少2000L，诸如至少4000L的生物反应器可对应于阶段N-1。容积为至少10,000L，诸如至少20,000L的生物反应器可对应于阶段N。在本公开的一个实施方案中，存在另一个生物反应器，诸如50L生物反应器，它对应于阶段N-4。在本公开的一个实施方案中，N-4生物反应器是S-200接种摇动生物反应器或100L搅拌槽反应器。在本公开的一个实施方案中，纵横比HL/T为至少0.17且最多1.96。
在一个实施方案中，生物反应器组可包括彼此流体连通的多个单次使用生物反应器。所述多个单次使用生物反应器可由单个控制器或多个控制器控制。在一个特定实施方案中，单次使用生物反应器可具有相同的容积，诸如上文所述的任何容积。
在一个实施方案中，生物反应器组的设计基于以下需求：确保相对于工艺参数(诸如pH、溶解氧张力(DOT)和温度)而言均匀的环境，从而维持良好混合的细胞悬液并在生物反应器内共混营养物进料。在一些实施方案中，生物反应器组的生物反应器显示出几何相似性。这可允许开发按比例缩小模型，例如在5L实验室规模或500l中试规模上。在一些实施方案中，阶段N-3、N-2和N-1的生物反应器用作接种型生物反应器，而阶段N的生物反应器用作生产型生物反应器。接种型和生产型生物反应器的设计可基于相同的原理。然而，在某些实施方案中，可能需要一些偏离以允许处理的灵活性。
在另一个实施方案中，使用单个控制器，本公开的单次使用生物反应器可串联用于补料分批或灌注，如下所述。在一个实施方案中，如下所述的单个控制器可以控制串联灌注，与串联补料分批一样多。本公开的又一方面允许一旦细胞进入接种物/生产容器就自动进行接种灌注。在某些实施方案中，这将使得能够支持开发多种规模以及较小规模的设施以增加生产输出。
在一个实施方案中，本公开的单次使用生物反应器可用于灌注应用。例如，参考图38，示出了用于进行灌注过程的生物反应器***400的一个实施方案。生物反应器***400包括根据本公开制造的生物工艺容器402。生物工艺容器402例如可由柔性膜制成并且可***刚性金属外壳中。生物工艺***400可包括混合装置，该混合装置包括联接到第一叶轮407和第二叶轮406的可旋转轴408。如图所示，第一叶轮407与第二叶轮406间隔开。第一叶轮407位于生物工艺容器402的中间区段，而第二叶轮406位于生物工艺容器402的底部区段。
包括进料管417，以用于进料以期望流速施用的新鲜进料培养基。进料管417可以用单向阀终止，以防止流体流入进料管417。
生物反应器***400还可包括至少一个喷射器。例如，在图38所示的实施方案中，生物反应器***包括第一喷射器405。第一喷射器405是位于叶轮406下方的液面下喷射器。喷射器405可用于将空气、氧气、氮气、二氧化碳和其他气体进料到容纳在生物工艺容器402内的培养基中。
生物反应器***400包括第二喷射器420。第二喷射器420可以是液面上喷射器，它将气体进料到生物反应器容器402的顶部空间中。喷射器420例如可将诸如空气、氧气、氮气和二氧化碳的覆盖气体进料到生物工艺容器中。
生物反应器***400还可包括排气口422，以便从***中释放气体。
如图所示，生物工艺容器402与再循环管线424流体连通。再循环管线424与细胞保留腔室426流体连通。压力计428可用于监测细胞保留腔室426内的压力。
细胞保留腔室426可与滤液出口430流体连通。滤液出口430被放置成与生物过滤器相关联。滤液出口430被配置成从细胞保留腔室426中移除液体，诸如废液。然而，生物过滤器是液体可透过但生物材料(诸如细胞)不可透过的。因此，可以从细胞保留腔室426中移除滤液而不损失生物材料。再循环管线424的位置可以变化。再循环管线424可位于生物工艺容器402的顶部区段、中间区段或底部区段。
生物反应器***400还可包括流量调节器432。流量调节器432例如可包括交替切向流调节器。在所示的实施方案中，流量调节器432与真空源434和加压气体源436连通，该加压气体源可以是空气压力源。在真空源和气体压力源的上游，流量调节器432与往复隔膜438流体连通。流量调节器432被配置成通过使用例如往复隔膜438而向容纳在细胞保留腔室426中的流体交替施加真空或气体压力。往复隔膜438例如可以在向容纳在细胞保留腔室426中的流体施加压力与施加抽吸力之间交替。以此方式，诸如培养基的流体可以在生物工艺容器与细胞保留腔室之间来回循环，以进行灌注过程。
***
本公开还涉及单次使用生物反应器在多种***中的用途。所需的***设置涵盖在本文所述的单次使用生物反应器控制***中。
形成本公开的单次使用生物反应器在一个实施方案中可通过待***不锈钢外壳中并膨胀的单次使用的产物接触生物工艺容器的配合和/或膨胀来实现。在本公开的另一方面，可在膨胀后将过滤器配合到外壳上。在本公开的又一方面，可在膨胀后将探头和采样***配合到SUB上。
在一个实施方案中，当经由γ-辐射的无菌级过滤器将生长培养基过滤到单次使用生物反应器中时，可以开始生产。在一些实施方案中，这些滤光器可以在γ辐射之前或之后焊接到附加管线上，但这不是必须的。在一些实施方案中，培养基和气体入口过滤器可在γ辐射之前提供于生物工艺容器中。接下来，在一些实施方案中，在接种之前，将使培养基在搅拌下在单次使用生物反应器中进行平衡(温度、pH和溶解氧)。在生产过程期间，可以添加另外的底物、pH控制溶液和消泡剂。在此整个过程中可以持续监测单次使用生物反应器。
在一个实施方案中，在过滤和随后的纯化之前，可以经由一次性深度过滤器***收获细胞培养物以移除细胞和细胞碎片。
SUB控制***
根据本公开的一个或多个方面，提供了一种用于控制单次使用生物反应器及其功能的控制***，现在将在下文描述。举例来说，该控制***可包括一个或多个控制器、一个或多个热循环器、一个或多个称(例如，工业称)、一个或多个控制泵(例如，自动控制蠕动泵)、以及可由一个或多个控制器控制的其他合适类型的***部件。
在一个实施方案中，控制器可诸如经由传感器来控制和/或监测SUB的至少以下参数：(1)pH，(2)溶解氧张力(DOT)，(3)溶解CO2(pCO2)，(4)空气、O2、CO2、N2，(5)温度，(6)搅拌，(7)碱，(8)营养物连续进料，(9)营养物注射进料(shot feed)，(10)压力，(11)泡沫，(12)液位和其他合适类型的参数，所有这些将在下文进一步详细描述。控制器可与至少一个传感器通信，并且基于传感器提供的信息，可以能够控制材料或流体供应源，诸如通过改变从流体供应源进入生物工艺容器的中空壳体的流体的流速。因此，在一些实施方案中，控制器可帮助将容纳在生物工艺容器的中空壳体内的培养基的至少一个参数维持在当前限度内。在另一个实施方案中，热循环器可实现用于发酵加热(例如，34℃至40℃的生物反应器设定点)和冷却(例如，10℃的生物反应器设定点)的温度控制。在另一个实施方案中，可能需要用于进料添加控制和监测的称(每个生物反应器单元都需要)；例如，一个称可专用于与pH控制相关的碱添加、或工艺注射进料添加。在另一个实施方案中，可能需要用于进一步进料添加控制和监测的自动控制泵(每个生物反应器单元都需要)。
在一个实施方案中，控制器在它们用于研究和定制工艺生产及开发项目的操作中提供增加的灵活性、可靠性和易用性。因此，在一些实施方案中，该***必须能够在GMP环境中以及在开发实验室中操作。在某些实施方案中，SUB***可以作为接种物反应器或作为生产单元中的任一者操作。因此，所需的一些控制功能(例如DO控制)可不同于以上段落中描述的那些。在一个实施方案中，当以接种物模式操作时，将不控制pH或DO。在一个实施方案中，控制***应该是灵活的以适应任一操作模式。在一些实施方案中，可能的是，将有不止一个一次性生物反应器单元在生产中操作，它们具有不同或相同的容积。所有容器可能需要相同的控制功能，而每个单元可能需要自身的控制***。此外，在一些实施方案中，控制包应符合根据cGMP实践的现行设备标准，以及欧洲和美国对制药行业的监管要求。
在具有不止一个控制器的实施方案中，控制器可以是智能通信***的部件，其中控制器可在培养过程或其部分期间彼此通信并与中央控制***通信以实现工艺集成。在各种实施方案中，智能通信***可利用使用中央控制器做出的中央决策、或在连续集成工艺中的单元操作员之间做出的分布式决策。
控制器
控制器可以是任何类型的处理硬件，诸如处理器或计算装置，其被配置成控制和执行用于与本文所述的单次使用生物反应器相关联的一个或多个部件和/或相关设备的各种指令。在一个实施方案中，控制器可包括一个或多个微处理器。可以理解，可使用不止一个控制器来执行控制，并且控制***的各种部件可经由***网络而连接。
图36示出根据本公开的一个或多个方面的示例***。该***可包括连接至网络190的一个或多个计算装置，例如计算机100、服务器计算机130、移动计算机140、智能电话装置150、平板计算机160、以及存储装置170。例如，计算机100可以是旨在供一个或多个用户使用的台式计算机。计算机100包括与台式计算机相关联的各种部件，诸如一个或多个处理器102、存储器104(例如，永久性存储器或闪存存储器(其包括指令105和数据106))、一个或多个接口108、以及显示器110。在另一实例中，类似于计算机100，服务器计算机130可包括至少一个处理器、也包括指令和数据的存储器、一个或多个接口、和/或显示器(未示出)。此外，移动计算装置140可以是膝上型计算机(或便携或移动的任何类型的计算机，诸如超极本(Ultrabook))，并且还包括与计算机100和/或服务器计算机130类似的部件。计算机100可被配置成经由网络190与服务器计算机130、移动计算机140、智能电话装置150、平板计算机160和/或存储装置170通信。
计算机100可包括处理器102(例如，控制器)，它基于某些信息的处理来指示计算机100的各种部件执行任务，这些信息诸如为存储在存储器104中的指令105和/或数据106。例如，处理器102可以是可被配置成执行例如加、减、乘、比较、从一个程序跳到另一个程序、操作输入和输出等的一项或多项操作的硬件，并且可以是任何标准处理器，诸如中央处理单元(CPU)，或可以是专用处理器，诸如专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)或工业过程控制器。
存储器104(无论是永久性存储器还是闪存存储器)可以是被配置成存储可由处理器102访问的信息的任何类型的硬件，这些信息诸如为指令105和数据106，它们可由处理器102执行、检索、操纵、和/或存储。存储器可以物理地容纳在计算机100中或耦合至计算机100。例如，存储器104可以是ROM、RAM、CD-ROM、硬盘驱动器、可写入的存储器、只读存储器等等。此外，存储在存储器104中的指令105可包括可由处理器102直接或间接执行的任何指令集。例如，指令105可以是与软件相关联的一个或多个“步骤”，这些步骤可由处理器102执行以控制SUB控制***的各个方面。根据本公开的一个方面，指令105可包括至少一组可执行指令，以读取与SUB相关联的各种值和/或参数。根据本公开的另一方面，数据106可包括可由控制模块使用的数据，诸如传感器读数，由传感器收集的数据，预定的参数，与阀、泵、搅拌器、称、开关相关联的读数，温度测量结果，压力测量结果，液位测量结果，溶解氧测量结果等等。
接口108可以是特定装置(诸如现场安装的仪器、处理器到处理器通信、键盘、鼠标、触敏屏幕、相机、麦克风等)、允许经由网络190接收信息和数据(诸如来自用户的交互或来自各种部件的信息/数据)的连接或端口。另选地，接口108可以是在显示器110上向用户/操作员显示的图形用户接口(GUI)。仅以举例的方式，GUI可以是向用户或操作员显示处理单元和数据的操作员接口(OI)。此外，显示器110可以是能够将数据传达给用户的任何合适类型的装置。例如，显示器110可以是液晶显示器(LCD)屏幕、发光二极管(LED)屏幕、等离子体屏幕等。
网络190可以是任何合适类型的有线或无线网络，它被配置成有利于在网络的一个或多个部件之间传输数据、指令等。例如，网络190可以是局域网(LAN)(例如，以太网或其他IEEE 802.03 LAN技术)、Wi-Fi(例如，IEEE 802.11标准)、广域网(WAN)、虚拟专用网(VPN)、全球区域网络(GAN)、或它们的任何组合。在这方面，计算机100、服务器计算机130、移动计算机140、智能电话装置150、和/或平板计算机160可经由网络190彼此连接和通信。
虽然计算机100可以是上述实例中的台式计算机，但是计算机100不仅限于台式计算机，并且图36中所示的任何计算机可以是能够处理数据和/或指令并发送和/或接收数据的任何装置。此外，应当理解，那些部件实际上可包括多个处理器、存储器、指令、数据或显示器，它们可以或可以不储存在相同的物理外罩中。
pH控制
根据本公开的一个实施方案，SUB控制***的一个或多个控制器(诸如图36中的计算机100的一个或多个处理器)可用于经由至少一个传感器且在一些实施方案中至少两个传感器(诸如电化学传感器)测量和接收生物工艺容器中的生物材料的pH值。在控制程序期间，例如，仅可使用一个pH传感器，或可使用两个或更多个pH传感器。所用的每个pH传感器可以与控制器通信。当使用两个传感器时，控制器可手动或自动地在两个传感器之间进行选择，具体取决于测得的pH值中是否存在检测到的误差。基于pH读数，控制器可通过添加必需量的酸或碱来调节pH水平。
在另一个实例中，控制器可使用CO2气体供应源降低pH，并使用泵送的液体碱增加pH以控制到设定点。CO2气体供应源和/或液体碱供应源可与生物工艺容器流体连通。在一个实施方案中，可以实现操作“双”pH设定点的能力。例如，高和低pH设定点可由用户配置。在高低设定点之间，可能不需要控制措施(CO2或碱)，并且pH可能在这个带内漂移。当pH小于低pH设定点时，可能需要碱，而当pH高于高设定点时，可能需要CO2。在某些实施方案中，控制器不应当在添加CO2与碱之间“斗争”，以使它们相互抵消，从而导致各自的过量。
因此，例如，控制器可在两个不同和/或相反的输出之间设定和控制pH设定点，其中第一个可以是CO2质量流控制的气体添加，而其中的第二个可以是比例控制泵送的碱溶液添加。此外，控制器可被配置成基于测得的pH值执行温度补偿，其中温度值可选自一个或多个pH传感器。
在又一个实施方案中，控制器可允许用户或操作员输入单独的值并限定上区和下区，在这两者之间，可能无需特定的控制或控制措施，例如，基于pH测量结果和后续控制不添加CO2或碱。这种情况可被称为“死带”(deadband)功能。当使用相对于工艺设定点可在+/-0.01至+/-0.30pH单位之间的死带功能时，对pH和对应CO2添加的工艺控制(如果/当适用时)可具有最小振荡。在其他实例中，控制器可被配置成接收两个pH设定点(例如，在死带的一端一个)。可以理解的是，当使用pH死带(例如，相对于最小设定点+/-0.01pH)操作时，CO2与碱添加剂之间不得存在控制差异和/或不一致。
至少就这一点而言，控制pH的控制器的众多优点之一是，在稳定添加CO2和/或碱(例如，振荡最小)的情况下，***可表现出对一个或多个设定点的响应性和依从性。
在另一个实例中，控制器可通过报警***向用户或操作员警示任何偏差，诸如控制与任何非控制pH传感器之间的漂移。偏差的范围可由用户/操作员使用接口来配置，诸如图1中的计算机100的接口108。在本公开的另外方面，可使用单点校准来调整离线pH测量值。
DOT控制
根据本公开的另一个实施方案，SUB控制***的一个或多个控制器(例如计算机100的一个或多个处理器)可用于使用至少一个传感器在一些情况下至少两个传感器(诸如电化学传感器)测量和控制溶解氧水平，诸如DOT。与本文所述的pH控制类似，在DOT控制程序期间，可仅使用一个传感器或可使用两个或更多个传感器。如果使用两个传感器，那么控制器可根据在DOT测量结果中是否检测到误差而在两个传感器之间(手动或自动)进行选择。
在一个实施方案中，可基于与压缩空气和压缩氧气质量流量受控气体的添加相对应的一个或多个相应输出来控制DOT设定点，这可以以级联形式操作。因此，在一个实施方案中，当使用空气和氧气控制时，可仅用空气来维持DOT水平直到达到可配置的空气流量值。此外，氧气可满足DOT需求，同时还维持恒定的空气流量。但是，例如，当对氧气的需求不足时(例如，在可配置的设定点)，经由控制器进行的控制可以按自动方式返回到空气。
在另一个实例中，类似于本文所述的pH传感器，控制器可被配置成基于测得的DOT值执行自动温度补偿，并且温度值可选自一个或多个DOT传感器。
因此，执行DOT控制的控制器的一个优点是，在稳定添加空气和/或O2(例如，振荡最小)的情况下，***将表现出对一个或多个设定点的响应性和依从性。在实例中，控制器可以在控制器检测到控制与任何非控制DOT和/或pH传感器之间的偏差或漂移时经由报警***警示操作员。在一些实施方案中，偏差的范围可由用户配置。在另一方面，可使用单点校准来调整离线DOT测量值。
在另一个实例中，可提供至少两种类型的DOT控制：上限空气法和气体混合法。在上限空气法中，可实现穿过单个质量流控制器(MFC)引入的用户可定义的连续氮气流。DOT控制通过经由质量流控制器增加空气流速以匹配来自细胞的氧需求而实现，其中当空气流速达到用户定义的限度时能够启动氧气供应(经由质量流控制器)。在这些情况下，空气将限制在固定流速，并添加氧气(在PID控制下)以补充需求。当不再需要氧气时，控制将返回空气流动。在气体混合法中，例如，DOT和pH可由完整的3加1气体混合***控制。可通过以预定的、用户可选择的总气体流速改变空气/氮气和氧气的混合来控制DOT。可通过添加CO2执行pH控制，而不增加总气体流速。
pCO2控制
根据本发明的又一个实施方案，SUB控制***的一个或多个控制器可监测和控制溶解的CO2(pCO2)。例如，pCO2可使用传感器测量并且测量结果通过发射器发送。在一些实例中，发射器可以物理方式安装在控制器的外罩内，但是控制可以在外部执行，例如，在控制器的接口上，以供用户经由界面执行单点和/或两点校准。在另外的实例中，pCO2可与经由例如质量流控制器(MFC)通向喷射器的独立空气流相关，并且还经由MFC设定最小的CO2流量输出。
在一个实施方案中，pCO2测量值实现对通向喷射器(在一些实例中，可以在生物反应器进入和/或无菌过滤之前与另一喷射器结合)的空气流以及对CO2MFC阀的控制。举例来说，可以进行控制以防止过高或过低pCO2的状况，同时维持对pH和DOT值的适当设定点控制。用于这样做的控制过程可包括自动添加通向一个喷射器的固定速率的空气流的步骤，该固定速率的空气流可通过第一pCO2报警值(例如，“hihi”值)的激活而触发。在一些情况下，经由开口管的空气流可用于剥除CO2，并因而减少pCO2。此后，可自动添加通向另一个喷射器的固定速率的CO2，并且该固定速率的CO2可通过第二pCO2报警值(例如，“lolo”值)的激活而触发。例如，lolo报警可触发CO2质量流控制阀保持打开例如全开度的2％(这可以是操作员设定的值)，而不管主动pH控制的当前状态如何。
氧化还原
根据本公开的另一个实施方案，SUB控制***的一个或多个控制器可监测还原-氧化(氧化还原)测量结果，所述测量结果可使用一个或多个传感器获取。在实例中，可实现用于发送氧化还原测量结果的发射器。
气体
根据本公开的另一个实施方案，一个或多个控制器可用于控制可与本文所述的pH和DOT控制相关的气体(诸如空气、氧气、CO2、N2)的流动。可使用例如位于生物反应器基部处的单个喷射器将气体引入生物反应器中。另选地，也可使用两个喷射器出口和通向顶部空间的一个出口。在实例中，可以在以下整个生物反应器跨度范围中的最大水平操作条件下经由喷射器和顶部空间同时将气体引入生物反应器。
举例来说，控制器可被配置成经由手动激活(例如，由操作员执行)和/或自动激活(例如，连接至在线pCO2测量)来激活气体的流量控制。
在另一个实例中，可通过质量流控制阀控制气体覆盖层(例如，空气)。控制器可允许在细胞培养运行期间手动改变变量设定点。所需的范围如下：SUB 50L：0至0.5L；SUB250L：0至1L；SUB 1000L：0至2L。可以理解的是，可在获得进一步的操作数据时细化这些值。
此外，气体覆盖层流量值可显示在接口上，诸如触摸屏(或其他人机接口(HMI))。显示屏可显示实际值和设定点。如果气体覆盖层设定点的值落在报警限度之外，那么可发出报警声。报警屏幕上可出现一条消息并以电子方式记录。并且如果达到hihi报警，则可能需要自动关闭气体覆盖层的能力。这是为了避免生物工艺容器内的任何压力积累，因为该生物工艺容器不被认为是压力容器。应在屏幕上出现一条消息，该消息闪烁以警告气体覆盖层已关闭。此消息也可被记录。一旦操作员确认报警并检查该***可以应对气流，那么可以接着在触摸屏上手动完成气流覆盖层的重新启动。
温度控制
根据本公开的一个实施方案，一个或多个控制器可使用热夹套***来控制SUB的温度，该热夹套***优选地是水夹套***，如本文所述。此外，至少一个热循环器以及在一些实例中至少两个用于加热和冷却。
根据一个实例，可使用温度传感器基于生物反应器容器内容物的一个或多个温度测量结果控制SUB的温度。例如，在线生物反应器温度传感器可用于每个生物反应器。另选地和/或除此之外，可使用深度传感器。
根据另一个实例，一个或多个控制器还可以被配置成经由报警***向用户警示任何类型的偏差，该报警***能够检测在控制与任何非控制温度传感器之间的漂移。此偏差的范围可由用户经由控制器的接口(例如，计算机100的接口108)配置。
如上文所论述，容器内容物的循环和温度控制可经过设计以避免生物反应器操作期间的热点和冷点。在一个方面，温度控制可维持在10至40摄氏度的范围内±0.2摄氏度。在另一方面，温度控制可维持在10.0至20摄氏度和36至40摄氏度的范围内±1.0摄氏度。在另一方面，对于10至40摄氏度范围内的任何设定点之间的转变，温度的过冲和下冲不应超过+0.8摄氏度。在其他实施方案中，在10至40摄氏度的范围内的发酵期间，可以将温度恒定控制在+/-0.1摄氏度。在某些实施方案中，加热器不得在40摄氏度以上使用，以避免对任何一次性零部件的损坏。
此外，可提供用于温度测量和控制、数据记录和报警、以及pH传感器单元的温度补偿的信号。可提供精确到小数点后一位的温度值的连续数字显示。必须在模拟触摸屏(或其他HMI)上显示温度读数，该触摸屏应当用于实际的读数和期望的设定点。
对于加热机构，例如，控制器可针对附接至SUB反应器的电夹套提供输出。插头和插座可具有可靠锁定，以防止导线的意外移除。
算法可用于对加热器致动器的温度控制。控制器所用的温度值必须可用于记录。可存在具有“高高高”和“低低低”报警限度的用户可定义的设定点。必须能够自动调谐各种术语。
搅拌
根据本公开的另一个实施方案，一个或多个控制器可经由叶轮(例如，双叶轮***)控制生物反应器容器(例如400L容器)中液体的机械循环。
例如，控制器可以至少部分地基于来自经校准的转速计的输入而测量和控制搅拌速度，该转速计可安装在马达的顶部附近。
发酵期间的进料添加
根据本公开的又一个实施方案，SUB控制***的一个或多个控制器可允许蠕动添加泵以自动或手动模式运行。例如，添加泵可用于添加碱，该添加可经由专用称和/或专用泵累加器(pump totalizer)进行监测。此外，可存在可变速率的多个连续进料添加以及多个注射进料添加(可经由专用称和/或专用泵累加器进行监测)。如下文将进一步描述的，自动化软件可由控制器执行以运行例如注射添加序列。
添加进料可以经由控制***操作，并且可以允许在一段时间内基于量的逐渐进料添加或单次注射。
在一个实例中，可将每个生物反应器单元三个工业称用于进料添加控制和监测。工业称中的每一个可如下：专用于与pH控制相关的碱添加或工艺注射进料添加的第一称(“称一”)、专用于“连续进料1”的第二称(“称二”)、以及专用于“连续进料2”的第三称(“称三”)。
在另一个实例中，每个生物反应器可使用七台自动控制蠕动泵(例如，每个***的七台泵分成两组独立的泵支架和/或按照需要分开)用于进一步的进料添加控制和监测。这些泵可专用于针对pH的碱添加、连续进料1、连续进料2、“注射进料1”、“注射进料2”、“注射进料3”、以及“注射消泡剂”添加。例如，蠕动泵可被配置用于可变速度。泵速可由控制***自动确定，以实现由操作员输入的所需的添加进料速率。在手动模式中，泵速可由操作员确定和设定。
此外，在一个实施方案中，输送速率可包括可配置的报警限度，以将最大和最小输送速率界定在一个或多个所配置的设定点周围。另外，可以基于重量损失测量结果或经由经校准的流量控制器自动确认进料速率。
举例来说，消泡剂添加和注射进料1、2和3可由控制器如下控制。操作员可以按由操作员选择的可变速度打开泵。在将管线装填到生物反应器的进入点之后，实际的添加将通过泵累加器量化。例如，外部称可用于泵校准。一旦装填后，便可运转用于投配单次添加(在发酵期间重复多天)的控制器设施。随后，用户输入投配量。
如本文所述，SUB可以已经具有合适的端口以连接以下各项：培养基填充和接种；用于pH控制的碱；可变速率连续进料1(例如，批体积的约25％)；可变速率连续进料2(例如，批体积的约13％)；注射1酸性(例如，批体积的约2％)；注射2碱性(例如，批体积的约1％)；注射3pH中性(例如，批体积的约2％)；消泡剂(例如，批体积的约0.1％)。可使用合适的投配车、称、和/或泵塔单元(pump tower unit)来实现地面空间的最佳使用并且还使操作员能够在批次开始时进行设置。
另外，培养基和接种添加可由操作员使用生物反应器称重传感器手动控制。碱(例如，刚性托盘中的中等大小的枕形生物工艺容器)可位于现有的架子上，并使用称或泵监测，以对添加进行监测和/或累加。
连续进料1(例如，圆柱形刚性圆桶中的大的直立生物工艺容器)可位于低水平(或地面空间)专用称上。例如，可实现对进料速率设定点的反馈过程控制。在空容器的情况下，称将归零。在用户可设定的lolo水平报警下，可使用用于停止反馈控制的联锁(例如，将不尝试从空的生物工艺容器进行添加)。
连续进料2(例如，刚性托盘中的中等大小的枕形生物工艺容器)可位于具有专用称的低水平(或地面空间)上。例如，可实现对进料速率设定点的反馈过程控制。与上文类似，在空容器的情况下，称可归零。在用户可设定的lolo水平报警下，联锁可停止反馈控制(例如，将不尝试从空的生物工艺容器进行添加)。
注射物1、2和3(例如，刚性托盘中的中等大小的枕形生物工艺容器)可共用专用的现有架子，并且可使用称(如果不用于碱的话)或泵来监测，以进行添加的监测和/或累加。消泡剂(例如，小型生物工艺容器或玻璃抽吸器)可位于现有架子上并连接至专用泵以进行添加的监测和/或累加。七台蠕动泵可装配有管道，诸如在一个实施方案中，3.2x 8.0mm硅胶管或1/4”x 7/16”c-flex或6mm x 12mm硅胶。
举例来说，工艺可包括在某批次期间以限定的量和时间进行三种注射物的添加。三种注射物呈酸性、碱性和中性，并且可按该顺序添加。每次添加的注射体积可以相对较小(例如，在目标生物反应器起始体积的0.15％与0.5％之间)。在某批次期间的多天添加相同的一组共三种注射物。当添加这些注射物时，可能需要首先仅抑制用于pH控制的碱输出，这防止在酸注射期间不必要地(且不可逆地)添加碱。然而，这可通过可能紧随其后的碱注射来抵消。
此外，用于pH的CO2添加可始终保持活动。为了确保将工艺控制在已知的界限内，可以按合适的速率添加这些注射物，以免破坏可接受的pH范围，诸如触发lolo和/或hihi报警。因此，注射序列的自动化可以包括：(1)添加每种注射物的用户可定义的体积，(2)就在第一注射之前抑制用于pH控制的碱添加，(3)管道装填步骤以确保注射液***置在生物反应器的进入点(例如，由操作员基于目视检查而停止)，(4)每种注射物按顺序添加(“选项1”)；以及同时添加所有3种注射物(“选项2”)。如果在注射添加期间，pH接近lolo或hihi报警限度，则暂停添加序列，等待直到pH lo或hi报警重新建立。控制器还可在注射序列完成且当pH在lo和hi报警内时重新激活用于pH控制的碱添加。
在一个方面，可使用用于对注射添加进行监测的称。例如，三种注射物可储存在一个或多个分开的生物工艺容器中，这些生物工艺容器可以够堆叠在单独的托盘中。该托盘叠堆可放置在单台称上，在这种情况下，可使用来自称的质量变化执行按顺序添加注射物(例如，选项1)。
在另一方面，可实现将泵累加器用于对注射添加进行的监测。泵可具有专用管线，可针对该管道类型对其进行校准。在装填和重置累加器之后，泵可确定要添加的正确的量，并且还可记录该量的数据。选项1(顺序添加)或选项2(并行添加)是合适的，因为每台泵将独立操作，与在单台称上进行的相反。至少就这一点而言，使用选项2方法，因酸性和碱注射物一起进入生物反应器，将降低和消除低和高pH扰动。在这种情况下可能仍然需要lolo和hihi pH监测序列，但并非等待pH值回到报警范围内，而是可以通过停止酸注射(如果pH接近lolo报警)或碱注射(如果pH接近hihi报警)来做出响应。
生物反应器压力
根据本公开的另一个实施方案，SUB控制***的一个或多个控制器可经由安装在生物反应器顶部空间上的装置来监测和控制生物反应器压力。在用户定义的压力报警值下，这将作为安全联锁实现控制作用以停止所有气体添加。此外，控制器可被配置成针对负压和正压进行缩放。
在实例中，为了实现***一致性和改善的压力测试能力，可提供数字显示压力传感器。此外，可以在气体出口上添加生物反应器压力控制阀，该阀将基于数字显示压力传感器实现生物反应器的反馈压力控制。
由于SUB可能不是所认为的压力容器，因此定制设计的SUB生物工艺容器可安装有一次性压力转换器。在一些实施方案中，SUB生物工艺容器内的压力不应超过某一压力。提供报警和数据记录可能需要压力。控制器可被配置成在高压报警响起时关断气体。在一些实施方案中，控制器可被配置成在关断气体之前打开第二气体出口过滤器，诸如通过打开夹紧阀。屏幕上应出现一条消息，指出生物工艺容器压力过高，可对此进行记录。出于安全原因，为再次启动气体，可显示第二条提示(例如，“您确定吗？”)。
消泡剂
在本公开的又一个实施方案中，SUB控制***的一个或多个控制器可实现至少一个泡沫传感器和发射器，它们可直接集成在SUB中并确定要添加的消泡剂的量(以质量计)，这也可在接口上显示给操作员。例如，可测量SUB中泡沫的水平或测量结果并将其发送至控制器以进行进一步处理，以便维持必要的消泡剂水平。此外，这些读数可显示在操作员的接口上。如果使用手动控制，那么可以让用户设置所需的流速。如果使用控制器，那么可使用定时开/关方法。在一个实例中，开启和关闭的时间段可由操作员经由触摸屏定义。
液位
在本公开的另一个实施方案中，SUB控制***的一个或多个控制器可集成液位传感器和发射器以用于检测液位值。这些值，如本文所述的许多其他测量值一样，也可以向操作员显示。
辅助输入和控制环路
根据本公开的一个实施方案，对于用于控制SUB控制***的每个控制器，可能需要至少两个用于信号生成的辅助输入。例如，可将信道用于连接生物质传感器和发射器输出(例如，Aber Instruments BM 200，氧化还原传感器等)。
另外，例如，对于每个控制器，可实现用于信号生成和反馈控制的至少两个辅助输入。在这里，例如，可将信道用于连接光学DOT传感器(例如，Mettler Toledo InPro6960i等)。
软件
根据本公开的另一个实施方案，可提供用于控制SUB控制***的软件和/或一个或多个计算机可执行指令集。例如，可以从已建立的“例程”或模块库(例如，用于缩放、马达控制、计算块等)开发用于本文所述的一个或多个控制过程的应用程序代码。这些例程可预先测试、归档、开发和验证。此外，与不稳定介质相关联的输入信号可包括在电路中或作为软件功能而应用的阻尼装置，以便消除例如误操作(例如，过程变量(PV)过滤器)。此外，所有设定点/操作参数(例如，报警限度、报警死带参数等)可通过控制***访问和调整，并且可实现用于允许对那些参数进行控制和调整的软件。在实例中，工艺设定点/操作参数可在它们被定义的工程单元中输入到控制***中，并且可在分批生产操作循环期间配置。
在另外的实例中，可基于信号处理来提供***的处理联锁能力。可以在搅拌与温度控制、温度控制与生物反应器液位、生物反应器生物工艺容器压力与经由质量流控制阀(MFCV)进行的气体添加、进料添加平衡与对应的进料添加泵(例如，用于进料重量停止泵的低位报警)、以及注射进料添加泵与pH lolo或hihi报警之间提供联锁。
数据和报警
可在网络(诸如图1的网络190)上捕捉数据、报警、和/或各种事件。在IT网络发生故障的情况下，数据可继续保存到应用站。此外，操作员界面***可提供对存储在驱动器上的历史数据的只读访问，或在本地驱动器发生故障的情况下，报告***可以能够检测改变的和/或损坏的电子记录。
例如，可实现自动的电子审计跟踪，以捕捉所有改变的数据、日期和时间以及作出改变的作者。审计跟踪必须不可编辑，并且必须与数据已改变的电子记录紧密关联。审计跟踪可归类为电子记录，并且可使用与数据相同的安全级别进行处理。
另外，与该应用相关联的电子记录可在适当的安全访问的情况下能够被复制而不对记录产生不利影响。可使直接来源于生物反应器批次的动态过程数据在上述网络上的指定位置可用，以进行离线分析。传输的数据可链接至由用户创建的离散文件(或替代性应用程序)中，并针对每个批次生成以查看在线工艺控制参数。
在另外的实例中，可局部或一般性地捕捉和告知(例如，听觉和视觉)警报。例如，可以在指示对产品质量的可能影响的影响评估阶段识别“产品危急警报”，“过程警报”(其限度定义为“报警限度”)当被检测到时可指示违背正常操作参数，但不影响产品质量。“***警报”当被检测到时可指示工厂物品或控制***部件未按预期操作。在一个实施方案中，只有某些用户能够基于用户安全权限确认警报。
可经由操作员界面单独地禁止报警，并且此类情况可作为事件加以记录。SUB控制***还可维护报警日志，从而识别每个报警事件及其相关的时间和日期。每个警报可显示有意义的标识(例如，标签和描述)。
SUB控制***的众多优点之一是可提供整体机构以便定制不仅在每个SUB单元上运行而且还在其他类型的生物反应器上运行的各种工艺。关于进料，例如，另一个优点是可以存在对流速的连续进料设定点控制、报警以及当进料生物工艺容器为空时自动停止添加的能力，并且可存在顺序或并行(同时)投配多种注射物的能力，这些注射物被设计成以hi/lo pH进料对细胞培养物具有净中性效应的方式添加。关于自动化，例如，另一个优点是可存在能实现以受控方式添加多种注射进料的双击操作(2-click operation)以使得能够防止超过生物反应器中的hi/lo pH条件的自动化，以及存在能实现使用与CO2气体流和CO2剥离气体(诸如空气或氮气流)相关的在线pCO2测量来操纵pCO2水平的自动化。关于传感器，例如，另一个优点是可使用在线氧化还原测量来确定最佳细胞培养条件，从而使抗体解离或损伤的风险最低(例如，通过更好地理解或防止发酵和收获期间的高度还原或氧化条件)；在线生物质(容量)先前已在中试规模上使用，这是可能用于自动启动或调整营养物进料添加速率的读数；并且其他感兴趣的在线测量包括葡萄糖、乳酸盐、谷氨酰胺、谷氨酸盐、氨，以及执行这些和其他参数的在线测量。
本文所述的***、装置、设施和/或方法适用于培养任何期望的细胞系或与培养任何期望的细胞系一起使用，所述细胞系包括原核和/或真核细胞系。此外，在实施方案中，***、装置、设施和/或方法适用于培养悬浮细胞或锚定依赖性(贴壁)细胞和/或组织，并且适用于被配置用于生产药物和生物制药产品的生产操作，这些产品诸如为多肽产品、核酸产品(例如DNA或RNA)、或细胞和/或病毒，诸如用于细胞和/或病毒疗法的那些。
在一些实施方案中，细胞表达或产生产物，诸如重组治疗性或诊断性产物。如下文更详细描述的，细胞产生的产物的实例包括但不限于抗体分子(例如，单克隆抗体、双特异性抗体)、抗体模拟物(与抗原特异性结合但在结构上与抗体不相关的多肽分子，比如DARPin、亲和体、adnectin、或IgNAR)、融合蛋白(例如，Fc融合蛋白、嵌合细胞因子)、其他重组蛋白(例如，糖基化蛋白、酶、激素)、病毒治疗剂(例如，抗癌溶瘤病毒、用于基因疗法和病毒免疫疗法的病毒载体)、细胞治疗剂(例如多能干细胞、间充质干细胞和成体干细胞)、疫苗或脂质包封的颗粒(例如，外泌体、病毒样颗粒)、RNA(诸如siRNA)或DNA(诸如质粒DNA)、抗生素或氨基酸。在实施方案中，***、装置、设施、和/或方法可用于生产生物仿制药。
如上所述，在实施方案中，***、装置、设施、和/或方法允许产生真核细胞，例如哺乳动物细胞；或低等真核细胞，诸如酵母细胞或丝状真菌细胞；或原核细胞，诸如革兰氏阳性或革兰氏阴性细胞和/或真核或原核细胞的产物，例如蛋白质、肽、抗生素、氨基酸、核酸(诸如DNA或RNA)(由真核细胞以大规模方式合成)。除非本文另行指出，否则***、装置、设施、和/或方法可包括任何期望的体积或生产能力，包括但不限于实验室规模、中试规模、以及全生产规模能力。
此外且除非本文另行指出，否则***、装置、设施、和/或方法可包括任何合适的一个或多个反应器，包括但不限于搅拌槽、气升式、纤维、微纤维、中空纤维、陶瓷基质、流化床、固定床、和/或喷泉床生物反应器。如本文所用，“反应器”可包括发酵罐或发酵单元，或任何其他反应容器，并且术语“反应器”可与“发酵罐”互换使用。例如，在一些方面，示例性生物反应器单元可以执行以下各项中的一项或多项或全部：营养物和/或碳源的进料、合适气体(例如，氧气)的注入、发酵或细胞培养基的入口和出口流动、气相和液相的分离、温度的维持、氧气和CO2水平的维持、pH水平的维持、搅拌(例如，搅动)、和/或清洁/灭菌。示例性反应器单元(诸如发酵单元)可在该单元内包含多个反应器，例如该单元在每个单元中可具有1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、60、70、80、90、或100个或更多个生物反应器，和/或设施在该设施内可包含具有单个或多个反应器的多个单元。在各种实施方案中，生物反应器可适用于分批、半补料分批、补料分批、灌注、和/或连续发酵工艺。可使用任何合适的反应器直径。在实施方案中，生物反应器可具有在约100mL与约50,000L之间的容积。非限制性实例包括100mL、250mL、500mL、750mL、1升、2升、3升、4升、5升、6升、7升、8升、9升、10升、15升、20升、25升、30升、40升、50升、60升、70升、80升、90升、100升、150升、200升、250升、300升、350升、400升、450升、500升、550升、600升、650升、700升、750升、800升、850升、900升、950升、1000升、1500升、2000升、2500升、3000升、3500升、4000升、4500升、5000升、6000升、7000升、8000升、9000升、10,000升、15,000升、20,000升、和/或50,000升的容积。另外，合适的反应器可以是多次使用、单次使用、一次性或非一次性的，并且可由任何合适的材料形成，包括金属合金诸如不锈钢(例如，316L或任何其他合适的不锈钢)和英高镍合金(Inconel)、塑料、和/或玻璃。
在实施方案中且除非本文另行指出，否则本文所述的***、装置、设施、和/或方法还可包括原本未提及的任何合适的单元操作和/或设备，诸如用于此类产物的分离、纯化和分离的操作和/或设备。可使用任何合适的设施和环境，诸如传统的构建式(stick-built)设施、模块化、移动和临时设施，或任何其他合适的构造、设施、和/或布局。例如，在一些实施方案中，可使用模块化洁净室。另外且除非另行指出，否则本文所述的装置、***和方法可容纳在单个位置或设施中和/或在其中执行，或另选地容纳在独立的或多个位置和/或设施处和/或在其中执行。
以非限制性实例的方式且非限制性地，美国公布号2013/0280797、2012/0077429、2011/0280797、2009/0305626以及美国专利号8,298,054、7,629,167和5,656,491描述了可能合适的示例设施、设备、和/或***，这些专利据此以引用方式并入。
在实施方案中，细胞是真核细胞，例如哺乳动物细胞。哺乳动物细胞可以是例如人或啮齿动物或牛细胞系或细胞株。此类细胞、细胞系或细胞株的实例为例如小鼠骨髓瘤(NSO)细胞系、中国仓鼠卵巢(CHO)细胞系、HT1080、H9、HepG2、MCF7、MDBK Jurkat、NIH3T3、PC12、BHK(幼仓鼠肾细胞)、VERO、SP2/0、YB2/0、Y0、C127、L细胞、COS(例如COS1和COS7)、QC1-3、HEK-293、VERO、PER.C6、HeLA、EB1、EB2、EB3、溶瘤或杂交瘤细胞系。优选地，哺乳动物细胞是CHO细胞系。在一个实施方案中，细胞是CHO细胞。在一个实施方案中，细胞是CHO-K1细胞、CHO-K1 SV细胞、DG44 CHO细胞、DUXB11CHO细胞、CHOS、CHO GS敲除细胞、CHO FUT8 GS敲除细胞、CHOZN、或CHO衍生细胞。CHO GS敲除细胞(例如，GSKO细胞)是例如CHO-K1 SV GS敲除细胞。CHO FUT8敲除细胞是例如CHOK1 SV(Lonza Biologics,Inc.)。真核细胞也可以是禽类细胞、细胞系或细胞株，诸如细胞EB14、EB24、EB26、EB66、或EBvl3。
在一个实施方案中，真核细胞是干细胞。干细胞可以是例如多能干细胞，包括胚胎干细胞(ESC)、成体干细胞、诱导多能干细胞(iPSC)、组织特异性干细胞(例如，造血干细胞)和间充质干细胞(MSC)。
在一个实施方案中，细胞是本文所述的任何细胞的分化形式。在一个实施方案中，细胞是衍生自培养物中的任何原代细胞的细胞。
在实施方案中，细胞是肝细胞，诸如人类肝细胞、动物肝细胞、或非实质细胞。例如，细胞可以是可涂板的代谢合格的人类肝细胞、可涂板的诱导合格的人类肝细胞、可涂板的Qualyst Transporter CertifiedTM人类肝细胞、悬浮合格的人类肝细胞(包括10个供体和20个供体合并的肝细胞)、人类肝库普弗细胞、人类肝星状细胞、狗肝细胞(包括单一和合并的比格犬肝细胞)、小鼠肝细胞(包括CD-1和C57BI/6肝细胞)、大鼠肝细胞(包括Sprague-Dawley、Wistar Han和Wistar肝细胞)、猴肝细胞(包括食蟹猴或恒河猴肝细胞)、猫肝细胞(包括短毛家猫(Domestic Shorthair)肝细胞)以及兔肝细胞(包括新西兰白兔(NewZealand White)肝细胞)。示例肝细胞可从Triangle Research Labs,LLC,6Davis DriveResearch Triangle Park,North Carolina,USA 27709商购获得。
在一个实施方案中，真核细胞是低等真核细胞，诸如酵母细胞(例如，毕赤酵母(Pichia)属(例如巴斯德毕赤酵母(Pichia pastoris)、甲醇毕赤酵母(Pichiamethanolica)、克鲁维毕赤酵母(Pichia kluyveri)和安格斯毕赤酵母(Pichiaangusta))、Komagataella属(例如Komagataella pastoris、Komagataellapseudopastoris或Komagataella phaffii)、酵母(Saccharomyces)属(例如酿酒酵母(Saccharomyces cerevisae)、克鲁弗酵母(Saccharomyces kluyveri)、葡萄汁酵母(Saccharomyces uvarum))、克鲁维酵母(Kluyveromyces)属(例如乳酸克鲁维酵母(Kluyveromyces lactis)、马克斯克鲁维酵母(Kluyveromyces marxianus))、假丝酵母(Candida)属(例如产朊假丝酵母(Candida utilis)、可可假丝酵母(Candida cacaoi)、博伊丁氏假丝酵母(Candida boidinii))、地霉(Geotrichum)属(例如发酵地霉(Geotrichumfermentans))、多形汉逊酵母(Hansenula polymorpha)、解脂耶氏酵母(Yarrowialipolytica)、或粟酒裂殖酵母(Schizosaccharomyces pombe)。优选的是巴斯德毕赤酵母。巴斯德毕赤酵母菌株的实例为X33、GS115、KM71、KM71H；以及CBS7435。
在一个实施方案中，真核细胞是真菌细胞(例如曲霉属(Aspergillus)(诸如黑曲霉(A.niger)、烟曲霉(A.fumigatus)、米曲霉(A.orzyae)、构巢曲霉(A.nidula))、枝顶孢菌属(Acremonium)(诸如嗜热枝顶孢菌(A.thermophilum))、毛壳菌属(Chaetomium)(诸如嗜热毛壳菌(C.thermophilum))、金孢子菌属(Chrysosporium)(诸如嗜热金孢子菌(C.thermophile))、虫草属(Cordyceps)(诸如蛹虫草(C.militaris))、棒囊壳属(Corynascus)、节霉属(Ctenomyces)、镰刀菌属(Fusarium)(诸如尖孢镰刀菌(F.oxysporum))、小丛壳属(Glomerella)(诸如禾生小丛壳(G.graminicola))、肉座菌属(Hypocrea)(诸如红褐肉座菌(H.jecorina))、稻瘟菌属(Magnaporthe)(诸如稻瘟病菌(M.orzyae))、毁丝霉属(Myceliophthora)(诸如嗜热毁丝霉(M.thermophile))、丛赤壳属(Nectria)(诸如鞭毛藻丛赤壳菌(N.heamatococca))、脉孢菌属(Neurospora)(诸如粗糙脉孢菌(N.crassa))、青霉菌属(Penicillium)、孢子丝菌属(Sporotrichum)(诸如嗜热孢子丝菌(S.thermophile))、梭孢壳属(Thielavia)(诸如土生梭孢壳(T.terrestris)、异梭孢壳菌(T.heterothallica))、木霉属(Trichoderma)(诸如里氏木霉(T.reesei))或轮枝孢属(Verticillium)(诸如大丽轮枝菌(V.dahlia))。
在一个实施方案中，真核细胞是昆虫细胞(例如，Sf9、MimicTMSf9、Sf21、HighFiveTM(BT1-TN-5B1-4)或BT1-Ea88细胞)、藻类细胞(例如，来自双眉藻属(Amphora)、硅藻纲(Bacillariophyceae)、杜氏藻属(Dunaliella)、小球藻属(Chlorella)、衣藻属(Chlamydomonas)、蓝藻属(Cyanophyta)(蓝藻细菌(cyanobacteria))、微拟球藻属(Nannochloropsis)、螺旋藻属(Spirulina)或棕鞭藻属(Ochromonas))，或植物细胞(例如，来自单子叶植物(例如，玉米、水稻、小麦、或狗尾草)，或来自双子叶植物(例如，木薯、马铃薯、大豆、番茄、烟草、苜蓿、小立碗藓(Physcomitrella patens)或拟南芥)的细胞)。
在一个实施方案中，细胞是细菌或原核细胞。
在实施方案中，原核细胞是革兰氏阳性细胞，诸如芽孢杆菌(Bacillus)、链霉菌链球菌、葡萄球菌(Staphylococcus)或乳杆菌(Lactobacillus)。可以使用的芽孢杆菌是例如枯草芽孢杆菌(B.subtilis)、解淀粉芽孢杆菌(B.amyloliquefaciens)、地衣芽孢杆菌(B.licheniformis)、纳豆芽孢杆菌(B.natto)、或巨大芽孢杆菌(B.megaterium)。在实施方案中，细胞是枯草芽孢杆菌，诸如枯草芽孢杆菌3NA和枯草芽孢杆菌168。芽孢杆菌可获自例如Bacillus Genetic Stock Center,Biological Sciences 556,484West 12th Avenue,Columbus OH 43210-1214。
在一个实施方案中，原核细胞是革兰氏阴性细胞，诸如沙门氏菌属(Salmonellaspp.)或大肠杆菌(Escherichia coli)，诸如TG1、TG2、W3110、DH1、DHB4、DH5a、HMS174、HMS174(DE3)、NM533、C600、HB101、JM109、MC4100、XLl-Blue和Origami，以及由大肠杆菌B菌株衍生的那些，诸如BL-21或BL21(DE3)，所有这些细胞均可商购获得。
合适的宿主细胞可以例如从培养物保藏中心商购获得，诸如德国微生物保藏中心(DSMZ,Deutsche Sammlung von Mikroorganismen and Zellkulturen GmbH,Braunschweig,Germany)或美国典型培养物保藏中心(American Type CultureCollection,ATCC)。
在实施方案中，所培养的细胞用于产生蛋白质，例如抗体，例如单克隆抗体，和/或重组蛋白，以用于治疗用途。在实施方案中，所培养的细胞产生肽、氨基酸、脂肪酸或其他有用的生物化学中间体或代谢物。例如，在实施方案中，可以产生分子量为约4000道尔顿至大于约140,000道尔顿的分子。在实施方案中，这些分子可具有一系列复杂性并且可包括翻译后修饰(包括糖基化)。
在实施方案中，蛋白质是例如BOTOX、Myobloc、Neurobloc、Dysport(或其他肉毒杆菌神经毒素的血清型)、阿葡糖苷酶α(alglucosidase alpha)、达托霉素、YH-16、绒毛膜***α、非格司亭、西曲瑞克、白介素-2、阿地白介素、teceleulin、地尼白介素(denileukin diftitox)、干扰素α-n3(注射)、干扰素α-nl、DL-8234、干扰素、Suntory(γ-1a)、干扰素γ、胸腺素α1、他索纳明(tasonermin)、DigiFab、ViperaTAb、EchiTAb、CroFab、奈西立肽、阿巴西普、阿法赛特、Rebif、依托特明α(eptoterminalfa)、特立帕肽(骨质疏松症)、注射用降血钙素(骨病)、降血钙素(鼻，骨质疏松症)、依那西普、谷他血红蛋白250(牛)、屈曲可净α、胶原酶、卡培立肽、重组人表皮生长因子(外用凝胶，伤口愈合)、DWP401、达贝泊汀α、依泊汀ω、依泊汀β、依泊汀α、地西卢定、重组水蛭素、比伐卢定、诺那凝血素α、凝血因子Ⅸ粉针剂(Mononine)、依他凝血素α(活化的)、重组因子VIII+VWF、重组物、重组因子VIII、因子VIII(重组)、Alphnmate、辛凝血素α、因子VIII、帕利夫明、Indikinase、替奈普酶、阿替普酶、帕米普酶、瑞替普酶、那替普酶、孟替普酶、促卵泡素α、rFSH、hpFSH、米卡芬净、培非格司亭、来格司亭、那托司亭、舍莫瑞林、胰高血糖素、艾塞那肽、普兰林肽、iniglucerase、加硫酶、Leucotropin、莫拉司亭(molgramostirn)、醋酸曲普瑞林、组氨瑞林(皮下植入，Hydron)、地洛瑞林、组氨瑞林、那法瑞林、亮丙瑞林(leuprolide)延释储库(ATRIGEL)、亮丙瑞林植入剂(DUROS)、戈舍瑞林(goserelin)、Eutropin、KP-102程序、促生长激素、美卡舍明(mecasermin)(生长障碍)、恩夫韦地(enlfavirtide)、Org-33408、甘精胰岛素、赖谷胰岛素、胰岛素(吸入)、赖脯胰岛素、地特胰岛素、胰岛素(含服，RapidMist)、美卡舍明-林菲培(mecasermin rinfabate)、阿那白滞素、西莫白介素、99mTc-阿帕西肽(apcitide)注射剂、myelopid、倍泰龙(Betaseron)、醋酸格拉替雷(glatiramer acetate)、Gepon、沙格司亭、奥普瑞白介素、人白细胞源α干扰素、倍尔来福、胰岛素(重组)、重组人胰岛素、门冬胰岛素、美卡舍明、罗扰素(Roferon)-A、干扰素-α2、Alfaferone、干扰素alfacon-1、干扰素α、Avonex的重组人黄体生成激素、链球菌阿法链道酶、曲弗明(trafermin)、齐考诺肽(ziconotide)、他替瑞林(taltirelin)、阿法地博特明(diboterminalfa)、阿托西班(atosiban)、贝卡普勒明、埃替非巴肽(eptifibatide)、泽美拉(Zemaira)、CTC-111、Shanvac-B、HPV疫苗(四价)、奥曲肽、兰瑞肽(lanreotide)、安西司亭、阿加糖酶β、阿加糖酶α、拉罗尼酶、醋肽铜(prezatide copper acetate)(外用凝胶)、拉布立酶、兰尼单抗、Actimmune、佩乐能(PEG-Intron)、Tricomin、重组屋尘螨过敏脱敏注射剂、重组人甲状旁腺素(PTH)1-84(sc，骨质疏松症)、依泊汀δ、转基因抗凝血酶III、Granditropin、透明质酸酶、重组胰岛素、干扰素-α(口服锭剂)、GEM-2IS、伐普肽、艾度硫酸酯酶、奥马曲拉、重组血清白蛋白、聚乙二醇结合赛妥珠单抗(certolizumab pegol)、羧肽酶(glucarpidase)、人重组C1酯酶抑制剂(血管性水肿)、拉诺替普酶、重组人生长激素、恩夫韦地(无针注射剂，Biojector 2000)、VGV-1、干扰素(α)、芦西纳坦(lucinactant)、阿肽地尔(吸入，肺病)、艾替班特、艾卡拉肽(ecallantide)、奥米加南(omiganan)、Aurograb、醋酸培西加南(pexiganan acetate)、ADI-PEG-20、LDI-200、地盖瑞利、cintredelinbesudotox、Favld、MDX-1379、ISAtx-247、利拉鲁肽、特立帕肽(骨质疏松症)、替法可近(tifacogin)、AA-4500、T4N5脂质体洗剂、卡妥索单抗(catumaxomab)、DWP413、ART-123、Chrysalin、去氨普酶(desmoteplase)、安地普酶(amediplase)、绒促卵泡素α、TH-9507、替度鲁肽、Diamyd、DWP-412、生长激素(延释注射剂)、重组G-CSF、胰岛素(吸入，AIR)、胰岛素(吸入，Technosphere)、胰岛素(吸入，AERx)、RGN-303、DiaPep277、干扰素β(丙型肝炎病毒感染(HCV))、干扰素α-n3(口服)、贝拉西普(belatacept)、透皮胰岛素贴片、AMG-531、MBP-8298、Xerecept、奥培巴坎、AIDSVAX、GV-1001、LymphoScan、豹蛙酶(ranpimase)、Lipoxysan、卢舒普肽、MP52(β-磷酸三钙载体，骨再生)、黑色素瘤疫苗、sipuleucel-T、CTP-37、Insegia、维特斯朋、人凝血酶(冷冻，外科出血)、凝血酶、TransMID、蛇毒纤溶酶、普瑞凯希、特利加压素(静脉内，肝肾综合征)、EUR-1008M、重组FGF-I(注射剂，血管疾病)、BDM-E、罗替加肽(rotigaptide)、ETC-216、P-113、MBI-594AN、耐久霉素(吸入，囊肿性纤维化)、SCV-07、OPI-45、内皮他丁、血管抑素(Angiostatin)、ABT-510、Bowman Birk拮抗剂浓缩剂、XMP-629、99mTc-Hynic-膜联蛋白V、kahalalide F、CTCE-9908、替维瑞克(延释)、ozarelix、rornidepsin、BAY-504798、白介素-4、PRX-321、佩斯坎(Pepscan)、埃布他德金(iboctadekin)、rhlactoferrin、TRU-015、IL-21、ATN-161、西仑吉肽、白蛋白干扰素(Albuferon)、Biphasix、IRX-2、ω干扰素、PCK-3145、CAP-232、帕瑞肽(pasireotide)、huN901-DMI、卵巢癌免疫治疗疫苗、SB-249553、Oncovax-CL、OncoVax-P、BLP-25、CerVax-16、多表位肽黑色素瘤疫苗(MART-1，gp100，酪氨酸酶)、奈米非肽、rAAT(吸入)、rAAT(皮肤病)、CGRP(吸入，哮喘)、培那西普、胸腺素β4、plitidepsin、GTP-200、雷冒拉宁、GRASPA、OBI-1、AC-100、鲑鱼降血钙素(口服，eligen)、降血钙素(口服，骨质疏松症)、艾沙瑞林、卡普瑞林、Cardeva、velafermin、131I-TM-601、KK-220、T-10、乌拉立肽、地来司他、hematide、Chrysalin(外用)、rNAPc2、重组因子V111(PEG化脂质体)、bFGF、PEG化的重组葡萄球菌激酶变体、V-10153、SonoLysis Prolyse、NeuroVax、CZEN-002、胰岛细胞新生疗法、rGLP-1、BIM-51077、LY-548806、艾塞那肽(控释，Medisorb)、AVE-0010、GA-GCB、阿伏瑞林、ACM-9604、醋酸利那洛肽(linaclotid eacetate)、CETi-1、Hemospan、VAL(注射剂)、快速作用胰岛素(注射剂，Viadel)、鼻内胰岛素、胰岛素(吸入)、胰岛素(口服，eligen)、重组甲硫氨酰人瘦素、pitrakinra(皮下注射，湿疹)、pitrakinra(吸入干粉，哮喘)、Multikine、RG-1068、MM-093、NBI-6024、AT-001、PI-0824、Org-39141、Cpn10(自身免疫疾病/炎症)、talactoferrin(外用)、rEV-131(眼科)、rEV-131(呼吸疾病)、口服重组人胰岛素(糖尿病)、RPI-78M、奥普瑞白介素(口服)、CYT-99007CTLA4-Ig、DTY-001、valategrast、干扰素α-n3(外用)、IRX-3、RDP-58、Tauferon、胆盐刺激脂酶、Merispase、碱性磷酸酶、EP-2104R、美拉诺坦-II、布雷默浪丹、ATL-104、重组人微纤溶酶、AX-200、SEMAX、ACV-1、Xen-2174、CJC-1008、强啡肽A、SI-6603、LAB GHRH、AER-002、BGC-728、疟疾疫苗(病毒颗粒，PeviPRO)、ALTU-135、细小病毒B19疫苗、流感疫苗(重组神经氨酸酶)、疟疾/HBV疫苗、炭疽疫苗、Vacc-5q、Vacc-4x、HIV疫苗(口服)、HPV疫苗、Tat类毒素、YSPSL、CHS-13340、PTH(1-34)脂质体膏(Novasome)、Ostabolin-C、PTH类似物(外用，牛皮癣)、MBRI-93.02、MTB72F疫苗(结核)、MVA-Ag85A疫苗(结核)、FARA04、BA-210、重组鼠疫FIV疫苗、AG-702、OxSODrol、rBetVl、Der-p1/Der-p2/Der-p7变应原靶向疫苗(尘螨过敏)、PR1肽抗原(白血病)、突变ras疫苗、HPV-16E7脂肽疫苗、labyrinthin疫苗(腺癌)、CML疫苗、WT1-肽疫苗(癌症)、IDD-5、CDX-110、Pentrys、Norelin、CytoFab、P-9808、VT-111、艾罗卡肽、替柏明(皮肤病，糖尿病足溃疡)、芦平曲韦、reticulose、rGRF、HA、α-半乳糖苷酶A、ACE-011、ALTU-140、CGX-1160、血管紧张素治疗疫苗、D-4F、ETC-642、APP-018、rhMBL、SCV-07(口服，结核)、DRF-7295、ABT-828、ErbB2-特异性免疫毒素(抗癌)、DT3SSIL-3、TST-10088、PRO-1762、Combotox、缩胆囊素-B/胃泌素-受体结合肽、111In-hEGF、AE-37、曲妥珠单抗-DM1、拮抗剂G、IL-12(重组)、PM-02734、IMP-321、rhIGF-BP3、BLX-883、CUV-1647(外用)、基于L-19的放射免疫治疗剂(癌症)、Re-188-P-2045、AMG-386、DC/1540/KLH疫苗(癌症)、VX-001、AVE-9633、AC-9301、NY-ESO-1疫苗(肽)、NA17.A2肽、黑色素瘤疫苗(脉冲抗原治疗(pulsed antigen therapeutic))、***癌疫苗、CBP-501、重组人乳铁蛋白(干眼)、FX-06、AP-214、WAP-8294A(注射剂)、ACP-HIP、SUN-11031、肽YY[3-36](肥胖，鼻内)、FGLL、阿塞西普、BR3-Fc、BN-003、BA-058、人甲状旁腺素1-34(鼻，骨质疏松症)、F-18-CCR1、AT-1100(脂泻病/糖尿病)、JPD-003、PTH(7-34)脂质体膏(Novasome)、耐久霉素(眼科，干眼)、CAB-2、CTCE-0214、GlycoPEG化红细胞生成素、EPO-Fc、CNTO-528、AMG-114、JR-013、因子XIII、aminocandin、PN-951、716155、SUN-E7001、TH-0318、BAY-73-7977、替维瑞克(速释)、EP-51216、hGH(控释，Biosphere)、OGP-I、西夫韦肽、TV4710、ALG-889、Org-41259、rhCC10、F-991、胸腺喷丁(thymopentin)(肺病)、r(m)CRP、肝选择性膜岛素、subalin、L19-IL-2融合蛋白、弹力素、NMK-150、ALTU-139、EN-122004、rhTPO、血栓形成素受体激动剂(血小板减少性病症)、AL-108、AL-208、神经生长因子拮抗剂(疼痛)、SLV-317、CGX-1007、INNO-105、口服特立帕肽(eligen)、GEM-OS1、AC-162352、PRX-302、LFn-p24融合疫苗(Therapore)、EP-1043、肺炎链球菌儿童疫苗、疟疾疫苗、奈瑟氏脑膜炎菌B组疫苗、新生儿B组链球菌疫苗、炭疽疫苗、HCV疫苗(gpE1+gpE2+MF-59)、中耳炎治疗剂、HCV疫苗(核心抗原+ISCOMATRIX)、hPTH(1-34)(透皮，ViaDerm)、768974、SYN-101、PGN-0052、aviscumnine、BIM-23190、结核疫苗、多表位酪氨酸酶肽、癌症疫苗、enkastim、APC-8024、GI-5005、ACC-001、TTS-CD3、血管靶向TNF(实体肿瘤)、去氨加压素(desmopressin)(口腔控释)、奥那西普(onercept)和TP-9201。
在一些实施方案中，多肽为阿达木单抗(HUMIRA)、英夫利昔单抗(REMICADETM)、利妥昔单抗(RITUXANTM/MAB THERATM)、依那西普(ENBRELTM)、贝伐单抗(AVASTINTM)、曲妥珠单抗(HERCEPTINTM)、培非格司亭(NEULASTATM)、或任何其他合适的多肽，包括生物仿制药和生物改良药。
其他合适的多肽是下文和US2016/0097074的表1中列出的那些：
表1
表1
表1
表1
在实施方案中，多肽是如表2所示的激素、血液凝固/凝血因子、细胞因子/生长因子、抗体分子、融合蛋白、蛋白疫苗或肽。
表2.示例性产品
在实施方案中，蛋白质是多特异性蛋白质，例如，如表3中所示的双特异性抗体。
表3：双特异性形式
上文详细描述的实现形式被认为比记录的现有技术新颖，并且被认为对于本公开的至少一个方面的操作和上述目标的实现是关键的。本说明书中用于描述本发明实施方案的词语不仅应以它们共同定义的含义理解，而且还包括本说明书中的特殊定义：超出通常定义的含义范围的结构、材料或动作。因此，如果某个要素在本说明书的上下文中可被理解为包括多于一种含义，那么其使用必须被理解为对于说明书和描述该要素的一个或多个词语所支持的所有可能含义是通用的。
本文描述的词语或附图要素的定义旨在不仅包括字面上列出的要素的组合，而且还包括用于以基本相同的方式执行基本相同的功能以获得基本相同的结果的所有等效结构、材料或动作。因此，在这种意义上，可以预期，对于所描述的要素中的任一个及其各种实施方案，可以对两个或更多个要素进行等效替代，或可以在权利要求中将单个要素替代为两个或更多个要素。
现在已知或将来设计的由本领域普通技术人员看到的要求保护的主题的变化被明确地认为是落在预期范围及其各种实施方案内的等同物。因此，本领域普通技术人员现在或以后知道的明显替代被限定为在所定义的要素的范围内。因此，本公开意在被理解为包括本文具体说明和描述的内容、概念上等同的内容、可明显替代的内容、以及结合了基本思想的内容。
此外，除非另外明确指出，否则本文所述的功能可经由硬件、软件、固件或它们的任何组合来实现。如果以软件实现，那么这些功能可作为一个或多个指令存储在计算机可读介质上，包括可由计算机访问的、可用于以指令、数据结构等形式存储所需程序代码的任何可用介质。因此，某些方面可包括用于执行本文给出的操作的计算机程序产品，这种计算机程序产品包括其上存储有指令的计算机可读介质，这些指令可由一个或多个处理器执行以进行本文所述的操作。应当理解，软件或指令也可经传输介质传输，如本领域中已知的那样。此外，用于执行本文所述的操作的模块和/或其他适当的装置可用于实现本文所述的功能。
本说明书的范围仅与所附权利要求一起解释，并且在此显而易见的是，署名发明人相信要求保护的主题是旨在获得专利的内容。
实施例1
1,000L单次使用生物反应器
在此实施例中，使用根据本公开的1,000L的单次使用生物反应器。将SUBγ辐射(即，以无菌和即用方式提供)并放入外壳(30)中。外壳(30)具有带夹套的温度控制，该温度控制能够与适当的控制器***和热循环器相结合来加热和冷却培养物。SUB外壳(30)具有用于搅拌培养物的集成马达(马达)。这与图36的控制器***兼容。单次使用生物反应器具有搅拌器、喷射器、用于喷射器的气体过滤器入口端口以及具有分叉管线的废气出口过滤器端口。它还具有七个进料添加端口。理想的是，两个在叶轮区域中的液面下排放，一个在叶轮区域上方排放。它还具有两个培养基填充端口、被设计使得能够收获单次使用生物反应器的全部内容物的一个收获端口、一个样品端口、在气体离开管线上的一个冷凝器或等效物、以及至少六个测量探头端口。这些样品和收获端口具有不含动物来源组分(ADCF)的C-flex管道，以实现用于添加和移除液体的无菌连接。此外，它还具有气体过滤器。
还优选的是具有一根或多根填充管线，这些管线被引导使得液体沿着SUB的侧面向下流动，以避免在填充操作期间飞溅和起泡。
实施例2
反应器几何形状
此实施例涉及改变反应器几何形状对哺乳动物细胞培养工艺的按比例放大的影响，其中使用多变量数据分析来比较不同的几何形状和不同的填充体积。这种方法在半体积工作时发现了令人惊讶的结果，这种情况可能尚未使用传统的数据分析方法指出过。
使用两种生产规模的SUB***和一种采用放气方法的微型SUB***进行了传质研究。根据美国公布号US 2011/0312087中所述的几何形状(在本文称为“Lonza几何形状”)开发的与规模无关的kLaO2模型用于预测两个SUB中的kLaO2。已将结果与使用美国公布号US2011/0312087中所述的STR几何形状从10至20,000L产生的结果进行了比较。容器几何形状对传质具有实质性影响。
数据的多变量分析表明，不同STR规模的容器之间细胞培养性能存在实质性差异。该测试的结果在图11-35中给出。
如本文所述，图11示出使用来自单次使用生物反应器的数据构建的Van’t Reit模型的比较结果，所述单次使用生物反应器至少部分地根据美国公布号US 2011/0312087中所述的几何形状以六种不同的规模设计。
如本文所述，图12示出使用来自单次使用生物反应器的数据构建的Van’t Reit模型的比较结果，所述单次使用生物反应器至少部分地根据Lonza几何形状以六种不同的规模设计，与不具有Lonza几何形状的单次使用生物反应器(红色菱形)进行比较。
如本文所述，图13示出使用来自单次使用生物反应器的数据构建的Van’t Reit模型的比较结果，所述单次使用生物反应器至少部分地根据Lonza几何形状以六种不同的规模设计，与不具有Lonza几何形状的单次使用生物反应器(红色菱形)、半装满时的至少部分地根据Lonza几何形状构建的两个不同规模的两个单次使用生物反应器(蓝色三角形)、以及装满时的至少部分地根据Lonza几何形状构建的两个不同规模的两个单次使用生物反应器进行比较。
还使用模型细胞系在上述两个单次使用生物反应器***中和一个不锈钢/玻璃中进行了细胞培养评价。将结果与在10L STR和10L气升式容器(“ALR”)中获得的历史数据进行比较。在所有四个容器几何形状中持续十六天总共进行了十五次测量。使用主成分分析对数据进行分析，该主成分分析将高维数据集投影到低维空间以有助于数据解释。使用PLSTool Box 6.2版(Eigenvector Research,Inc.)在MATLAB 7.11.0.584版(The MathWorksInc)中进行主成分分析(PCA)和相关统计的计算。结果汇总在图14、图15和图16中。这些数据表明，前四个主成分捕捉了数据集方差的63％，如图15所示。细胞培养在全体积下在ALR、STR和SUB1中的性能相似。然而，不具有Lonza几何形状的SUB2的性能在95％置信区间之外，如图16所示。此外，ALR和STR在主成分1、2和3中的性能类似，如图17所示。
对于两个不同容器容积的一种容器设计，研究了以一半体积操作的影响，如图18-19所示。在这里，数据显示两种规模的SUB1(至少部分包含Lonza几何形状)中的培养在全体积下与STR培养在所有主成分上的性能相似。然而，当处于半体积时，两种规模下的那些相同的SUB展现出在前三个主成分上的显著性能差异，表明培养特性的不同。
多变量数据分析表明，当与在常规按比例缩小模型中进行的培养相比时，在半体积下进行的培养的行为存在相当大的差异。例如，在图20-21中，用两种生物工艺容器材料以三种规模进行SUB2中的培养。
在实施例2中进行的实验突出了生物反应器设计的重要性，包括作为本公开的目标的单次使用生物反应器。例如，主成分1的载荷通常跟踪生长和/或培养进展。仅使用STR数据构建的模型的载荷遵循此规范。然而，当试验扩展到包括ALR、STR、SUB1和SUB2的所有四种容器设计时，生长和/或培养进展被降级为主成分2。
另外，实施例2显示几何相似性指示性能。分析表明，不同尺寸的容器中的半体积培养的行为也存在差异。具体而言，SUB 1和STR培养在全体积下簇集良好，但在半体积下不是这样。在全体积下，SUB1与STR具有高度的几何相似性。但是，在半体积下，这些几何参数中只有一个被改变。此外，培养性能发生了根本改变。有趣的是，kLaO2的性能没有改变。半体积SUB1的性能在跨规模时是不一致的，如半体积培养不形成簇的数据所显示。
此外，生物工艺容器材料的选择对SUB 2培养性能具有影响。这一点得到图22-35的进一步支持，其中针对各种填充物、体积和生物工艺容器材料随时间评估主成分。
这表明在不同规模的容器中进行的半体积培养之间缺乏可缩放性，这种情况在相同的容器以全体积运行时是不明显的。
单次使用生物反应器几何形状在工艺按比例放大时确实很重要，并且应该是设计方法的质量中的关键考虑因素，以最大限度地减少细胞培养工艺按比例放大过程中培养行为的差异。此外，多变量数据分析可以为生物反应器工艺性能比较提供有用的补充见解。
实施例3
1,000L生物反应器设置
本公开的单次使用生物反应器适用于WO 2017/072201 A2中描述的生产工艺，该专利以引用方式全文并入本文。
生物工艺容器外壳是带夹套的不锈钢容器，它支撑SUB容器。外壳包括两个向外打开的门，以供操作员装配SUB生物工艺容器。它们通过夹具紧固。外壳底部装有水夹套，以用于调节温度。水夹套连接至本公开的控制器。
在外壳的底部存在一个用于收获的排出端口和两个用于控制探头和取样的开口。对于非一次性探头，外壳具有设置成与水平面成15度的搁架以支撑探头。
在生物工艺容器保持器的顶部存在马达，SUB容器叶轮经由磁力联轴器连接到该马达。附接到200升外壳的马达可以移动，但是附接到1000升外壳的马达是固定的。存在位于马达臂上的气体过滤器保持器、压力传感器和手动减压阀。
SUB生物工艺容器包括压力释放阀，该压力释放阀在压力超过100毫巴时致动。压力变送器和安全阀都经由0.22um过滤器连接到SUB容器。
本公开的控制器包括：两台Watson Marlow泵(一台用于酸，一台用于基础控制)、用于控制气流的转子流量计、人机接口(HMI)、热循环器和内置于塔中的气体质量流控制器(MFC)。pH探头、溶解氧张力(DOT)探头、温度探头、压力传感器和通气加热器在外部但连接到本公开的控制器。
对于所有控制参数，将设定点输入HMI屏幕。控制器使用这些值来调节培养温度、气体流速和泵速。HMI还显示所有测量参数的当前值。
使用***SUB容器的袋中的pt100探头进行温度测量。
在SUB容器内存在：(i)搅拌器轴，可选择两种叶轮设计(参见图1A和参图1B)；(ii)一次性光学pH和DOT探头；(iii)组合喷射器，可选择微孔(0.15mm)、大孔(0.8mm)；(iv)液面和液面下进料管线。
在SUB生物工艺容器的外部，存在用于接种物、培养基和进料添加的C flex管线，以及用于气体过滤器和进料添加的OPTA连接。在SUB生物工艺容器的底部，存在四个用于非一次性探头的连接、一根样品管线和一个用于pt100探头的***件。收获管线位于SUB生物工艺容器的底部。
将疏水0.22μm气体过滤器分别进行高压蒸汽灭菌，并使用OPTA连接连接到SUB生物工艺容器。每个SUB生物工艺容器具有针对以下过滤器的连接：两个气体出口过滤器、一个压力传感器过滤器、一个用于顶部空间曝气的过滤器、各自用于微孔和大孔喷射器的过滤器。
压力过滤器连接到压力传感器，气体入口和出口过滤器在膨胀开始之前打开。
使用硅胶管将喷射器和顶部空间气体过滤器连接到本公开的控制器，硅胶管又经由尼龙管连接到主气体供应源。对于所有气体，将主气体供应源压力设定为1.8barg。MFC的调节比为1:50，范围最高100L/min。因此，需要额外的经校准的转子流量计来供应镇流CO2，因为该流速太低而无法用MFC控制。
出于安全原因，重要的是确保气体出口管线和压力传感器管线在膨胀期间不会扭结。
SUB生物工艺容器的膨胀以低气体流速缓慢开始。科学家必须将SUB生物工艺容器保持在适当位置，直到搅拌器轴8和马达磁耦合。为了防止对SUB生物工艺容器的损坏，必须使其膨胀，使得生物工艺容器内的部件(搅拌器叶片或汲取管)不接触生物工艺容器。一旦可以耦合搅拌器和马达，就必须停止膨胀。
然后将搅拌器磁力联轴器缓慢提升至马达。一旦到位，就将SUB生物工艺容器缓慢旋转到适当位置以使探头端口与探头保持器对齐，并使SUB生物工艺容器的密封部与两个门相遇的位置对齐。当处于最终位置时，使用三夹具将搅拌器轴8固定到马达的适当位置。将过滤器装配到过滤器保持器上的适当位置。在气体出口过滤器周围放置通气加热器。然后使SUB生物工艺容器完全膨胀。穿过喷射器和顶部空间维持连续气流(以中试发酵工艺描述(FPD)中所述的空气上限)以便保持SUB生物工艺容器膨胀。
在使用Slough中试车间开始每个批次之前，使用标准校准程序校准一个标准pH探头和一个标准DOT探头。将这些探头装配到具有连接器的探头套管中并在流体循环中高压蒸汽灭菌。使用连接器将探头装配到SUB生物工艺容器中，并将连接器放置在与水平方向成15°角的探头保持器上。
一旦装配上pH和DOT探头，就使用焊接到汲取管上的预先辐射的0.1μm过滤器将适当的培养基或缓冲液过滤到SUB生物工艺容器中。所测试的生物工艺容器保持器没有称重传感器，因此使用落地天平对培养基/缓冲液称重。在培养基填充/缓冲液填充期间，保持恒定的气流(以中试FPD中所述的空气上限)以避免液体进入气体入口管线。
一旦达到所需的体积，就用去离子水填充夹套并启动温度和搅拌控制。在培养基填充之后，基于可重复使用的探头使用CO2启动pH控制，以防止pH漂移到可接受的培养基保持范围之外。然后激活一次性pH和DOT探头。使pH和DOT探头在培养基或缓冲液中平衡过夜。
将样品生物工艺容器焊接到位于一次性pH和DOT探头旁边的样品管线上，以确保样品代表探头所经历的环境。在容器填充后第二天取出样品并分析pH和pCO2。这些测量的结果用于对DOT和pH探头执行单点校准。
为了接种，使用附接到汲取管线的无菌c flex管将S200细胞生物工艺容器连接到SUB生物工艺容器。使用经校准的Watson Marlow 600系列泵将所需体积的接种物泵送到SUB生物工艺容器。
使用c flex管将进料、碱和消泡剂全部焊接到SUB生物工艺容器上，每者具有专用管线。经由内置于控制塔中的Watson Marlow 100系列碱泵进行碱添加。根据需要添加碱以控制pH。使用内置于控制塔中的第二台Watson Marlow 100系列泵手动添加消泡剂。
使用Watson Marlow 500系列泵添加进料。使用适当大小的天平确定流速和添加体积，所述天平针对进料密度进行了校正。根据培养物的活细胞浓度(VCC)和葡萄糖浓度，每天调节连续进料SF70和400g/L D葡萄糖的流速。根据FPD添加注射进料SF71、SF72和SF73。
使用附接到样品管线的样品生物工艺容器，每天采集样品作为生物反应器的每日监测的一部分，以检查细胞浓度、活力、代谢物和溶解的气体。
必要时根据UKSL 182，使用得自经校准的离线pH探头(Mettle Toledo离线405DPAS SC K8S/120，具有pHM220计)的结果，对在线pH探头进行单点调整。
实施例4
在生产***中使用单次使用生物反应器
在另一个实例中，该单次使用生物反应器也可以用于WO 2017/072201 A2中公开的***和方法，该专利的全部内容以引用方式并入。
在WO 2017/072201 A2中，在接种物扩增和生产工艺步骤期间使用生物反应器。本公开的单次使用生物反应器为该***提供了多种优点，因为它们可以更快速且有效地为不同的运行做好准备，从而减少清洁和灭菌所需的生物反应器“停机时间”。
这将允许WO 2017/072201 A2的***以更及时且经济有效的方式生产高质量、安全且经济有效的活性药物成分(API)和生物制药产品。例如，在设计用于生产蛋白质和细胞的工艺时所用的容器架构和部件将具有更大的灵活性，显著降低运营成本(例如劳动力、公用工程和维护)，因批次周转时间缩短、原位清洁和原位蒸汽操作而提高设施吞吐量。
作为WO 2017/072201 A2中公开的方法的一部分，存在纯化步骤。在纯化过程中，可以在纯化期间使用多种树脂，包括但不限于MabSelect SuRe/MabSelect SuRe LX/MabSelect SuRe pcc(GE Healthcare)、Amsphere A和Amsphere A3(JSR micro)、PraestoAP和Praesto AC(Purolite)、KanCapA(Pall)、Toyopearl AF-rProtein A HC(Tosoh)、Poros MabCapture A(Thermo-Fisher)等。其他纯化材料对于本领域的普通技术人员来说是已知的，并且这绝不是详尽的列表。
应当认识到，本公开中的一个或多个实例是非限制性实例，并且本公开旨在涵盖这些实例的变型形式和等同形式。

Claims (131)

1.一种生物反应器，包括：
由液体不可透过且柔性的适形材料制成的生物工艺容器，所述生物工艺容器具有顶部、底部、以及在两者间的至少一个侧壁，生物工艺腔室限定用于接纳培养基的中空壳体；以及
包括联接到至少一个顶部叶轮和至少一个底部叶轮的可旋转轴的混合装置，所述混合装置延伸到所述生物工艺容器的所述中空壳体中，所述顶部叶轮和所述底部叶轮均由聚合物材料制成。
2.根据权利要求1所述的生物反应器，其中所述顶部叶轮和所述底部叶轮包括亲水性表面。
3.根据权利要求1或2所述的生物反应器，其中所述聚合物材料包括聚烯烃，诸如聚乙烯。
4.根据前述权利要求中任一项所述的生物反应器，其中所述聚合物材料包括已经过改性以形成亲水性表面的低密度聚乙烯。
5.根据权利要求4所述的生物反应器，其中所述低密度聚乙烯已通过经受辐射、光或等离子体诱导、或氧化而改性。
6.根据前述权利要求中任一项所述的生物反应器，其中所述顶部叶轮是水翼叶轮。
7.根据前述权利要求中任一项所述的生物反应器，其中所述叶轮与槽直径的比率为约0.35至约0.55，诸如约0.44至约0.46。
8.根据前述权利要求中任一项所述的生物反应器，其中所述顶部叶轮的流量数(Nq)为约0.4至约0.9。
9.根据前述权利要求中任一项所述的生物反应器，其中所述底部叶轮的流量数(Nq)为约0.4至约0.9。
10.根据权利要求1所述的生物反应器，还包括至少一个挡板，所述挡板被配置成在纵向方向上邻近所述生物工艺容器的所述侧壁延伸，所述挡板具有从所述侧壁径向向内延伸的形状，延伸量足以影响在通过所述混合装置混合培养基期间在所述中空壳体中的流体流动。
11.根据权利要求10所述的生物反应器，其中所述挡板限定可膨胀的流体囊，所述挡板能够膨胀和收缩。
12.根据权利要求10所述的生物反应器，其中所述挡板与所述生物工艺容器是一体的。
13.根据权利要求10所述的生物反应器，其中所述挡板被配置成放置在所述中空壳体的外部并且其中所述生物工艺容器的所述侧壁围绕所述挡板的所述形状适形。
14.根据权利要求10所述的生物反应器，其中所述生物反应器包括约2至约6个挡板，所述挡板围绕所述生物工艺容器的所述中空壳体的圆周间隔开。
15.根据权利要求10所述的生物反应器，其中所述生物工艺容器具有一定直径并且其中所述挡板径向向内延伸一定距离，所述距离为所述生物工艺容器的所述直径的约3％至约20％，诸如约5％至约15％。
16.根据权利要求10所述的生物反应器，其中所述挡板由柔性聚合物膜制成。
17.根据权利要求1所述的生物反应器，其中所述生物反应器还包括至少一个喷射器。
18.根据权利要求17所述的生物反应器，其中所述喷射器包括镇流喷射器，所述镇流喷射器包括具有纵向部分和侧向部分的气体管，所述纵向部分竖直延伸到所述生物工艺容器的所述中空壳体中，所述侧向部分在所述搅拌器下方位于所述纵向部分的端部，所述侧向部分限定用于将气体释放到容纳在所述生物工艺容器内的培养基中的多个孔。
19.根据权利要求1所述的生物反应器，其中所述柔性膜包括多层膜，所述多层膜包括面向所述中空壳体的内表面和相背对的外表面，所述内表面包含已经过改性以形成亲水性表面的低密度聚乙烯。
20.根据权利要求19所述的生物反应器，其中所述低密度聚乙烯已通过经受辐射、光或等离子体诱导、或氧化而改性。
21.根据权利要求1所述的生物反应器，还包括至少一根进料管线，所述进料管线延伸到所述中空壳体中以用于将流体进料到所述生物工艺容器中，所述进料管线包括邻近所述搅拌器定位的液面下流体出口，所述流体出口与流体控制装置相关联，所述流体控制装置仅允许流体流出所述流体出口而防止流体在相反方向上流动。
22.根据权利要求1所述的生物反应器，还包括位于所述生物工艺容器的所述顶部的至少一根进料管线，所述进料管线包括位于驻留在所述生物工艺容器中的一定体积的培养基上方的液面上流体排放口，所述液面上流体排放口被定位成使得流过所述流体排放口的流体与容纳在所述生物工艺容器内的培养基直接接触。
23.根据权利要求22所述的生物反应器，其中所述顶部叶轮在旋转时形成圆周并且其中所述进料管线的所述液面上流体排放口位于所述顶部叶轮的所述圆周的上方，以使得流过所述流体排放口的流体接触所述圆周内的培养基。
24.根据权利要求1所述的生物反应器，其中所述生物工艺容器与位于所述生物工艺容器的所述底部的排出管线流体连通，并且其中流体收集装置位于所述生物工艺容器的所述中空壳体与所述排出管线之间，所述流体收集装置具有被配置成引起从所述生物工艺容器进入所述排出管线的流体的涡流的形状。
25.根据权利要求24所述的生物反应器，其中所述生物工艺容器的所述中空壳体具有一定容积，并且其中所述排出管线具有一定横截面积，并且其中所述排出管线的所述横截面积与所述中空壳体的所述容积成比例，所述排出管线具有每升所述中空壳体的容积约0.3mm2至约0.7mm2的横截面积。
26.一种生物反应器，包括：
由液体不可透过且柔性的适形材料制成的生物工艺容器，所述生物工艺容器具有顶部、底部、以及在两者间的至少一个侧壁，生物工艺腔室限定用于接纳培养基的中空壳体；
用于将材料进料到所述生物工艺容器的所述中空壳体中的至少一个入口端口；
包括联接到至少一个搅拌器的可旋转轴的混合装置，所述轴和搅拌器延伸到所述生物工艺容器的所述中空壳体中；以及
被配置成在纵向方向上邻近所述生物工艺容器的所述侧壁延伸的至少一个挡板，所述挡板具有从所述侧壁径向向内延伸的形状，延伸量足以影响在通过所述混合装置混合培养基期间在所述中空壳体中的流体流动。
27.根据权利要求26所述的生物反应器，其中所述挡板限定可膨胀的流体囊，所述挡板能够膨胀和收缩。
28.根据权利要求26或27所述的生物反应器，其中所述挡板与所述生物工艺容器是一体的。
29.根据权利要求26-28中任一项所述的生物反应器，其中所述挡板被配置成放置在所述中空壳体的外部并且其中所述生物工艺容器的所述侧壁围绕所述挡板的所述形状适形。
30.根据权利要求26-29中任一项所述的生物反应器，其中所述挡板被配置成放置在所述生物工艺容器的所述中空壳体内部。
31.根据权利要求26-30中任一项所述的生物反应器，其中所述生物反应器包括约2至约6个挡板，所述挡板围绕所述生物工艺容器的所述中空壳体的圆周间隔开。
32.根据权利要求26-31中任一项所述的生物反应器，其中所述生物工艺容器具有一定直径并且其中所述挡板径向向内延伸一定距离，所述距离为所述生物工艺容器的所述直径的约3％至约20％，诸如约5％至约15％。
33.根据权利要求26-32中任一项所述的生物反应器，其中所述挡板由柔性聚合物膜制成。
34.根据权利要求26-33中任一项所述的生物反应器，其中所述生物反应器还包括至少一个喷射器。
35.根据权利要求34所述的生物反应器，其中所述喷射器包括镇流喷射器，所述镇流喷射器包括具有纵向部分和侧向部分的气体管，所述纵向部分竖直延伸到所述生物工艺容器的所述中空壳体中，所述侧向部分在所述搅拌器下方位于所述纵向部分的端部，所述侧向部分限定用于将气体释放到容纳在所述生物工艺容器内的培养基中的多个孔。
36.根据权利要求35所述的生物反应器，其中所述生物反应器包括第二喷射器。
37.根据权利要求26-36中任一项所述的生物反应器，其中所述搅拌器包括叶轮。
38.根据权利要求37所述的生物反应器，其中所述生物反应器包括第一叶轮和第二叶轮，所述叶轮沿所述可旋转轴间隔开。
39.根据权利要求26-38中任一项所述的生物反应器，其中所述生物工艺容器的所述适形材料包括柔性膜。
40.根据权利要求39所述的生物反应器，其中所述柔性膜包括多层膜，所述多层膜包括面向所述中空壳体的内表面和相背对的外表面，所述内表面包含已经过改性以形成亲水性表面的低密度聚乙烯。
41.根据权利要求40所述的生物反应器，其中所述低密度聚乙烯已通过经受辐射、光或等离子体诱导、或氧化而改性。
42.根据权利要求26-41中任一项所述的生物反应器，还包括至少一根进料管线，所述进料管线延伸到所述中空壳体中以用于将流体进料到所述生物工艺容器中，所述进料管线包括邻近所述搅拌器定位的液面下流体出口，所述流体出口与流体控制装置相关联，所述流体控制装置仅允许流体流出所述流体出口而防止流体在相反方向上流动。
43.根据权利要求42所述的生物反应器，其中所述流体控制装置包括单向阀。
44.根据权利要求26-43中任一项所述的生物反应器，还包括位于所述生物工艺容器的所述顶部的至少一根进料管线，所述进料管线包括位于驻留在所述生物工艺容器中的一定体积的培养基上方的液面上流体排放口，所述液面上流体排放口被定位成使得流过所述流体排放口的流体与容纳在所述生物工艺容器内的培养基直接接触。
45.根据权利要求44所述的生物反应器，其中所述搅拌器在旋转时形成圆周并且其中所述进料管线的所述液面上流体排放口位于所述搅拌器的所述圆周的上方，以使得流过所述流体排放口的所述流体接触所述圆周内的所述培养基。
46.根据权利要求26-45中任一项所述的生物反应器，其中所述生物工艺容器的所述底部具有圆顶形状。
47.根据权利要求26-46中任一项所述的生物反应器，还包括与所述生物工艺容器操作性地关联的称重传感器，用于指示容纳在所述中空壳体内的培养基的质量。
48.根据权利要求26-47中任一项所述的生物反应器，其中所述生物工艺容器包括用于连接到用以将流体进料至所述生物工艺容器的多根供应管线的多个端口，并且其中每个端口和对应的供应管线包括用于辅助用户将所述供应管线连接至相应端口的匹配指示物。
49.根据权利要求48所述的生物反应器，其中所述匹配指示物包括颜色，以使得每个端口和对应的供应管线是颜色编码的。
50.根据权利要求48或49所述的生物反应器，其中所述端口包括通用连接器，所述端口具有第一端部和第二端部，所述第一端部用于形成与相应供应管线的可重新连接的附接。
51.根据权利要求26-50中任一项所述的生物反应器，其中所述生物工艺容器与位于所述生物工艺容器的所述底部的排出管线流体连通，并且其中流体收集装置位于所述生物工艺容器的所述中空壳体与所述排出管线之间，所述流体收集装置具有被配置成引起从所述生物工艺容器进入所述排出管线的流体的涡流的形状。
52.根据权利要求51所述的生物反应器，其中所述生物工艺容器的所述中空壳体具有一定容积，并且其中所述排出管线具有一定横截面积，并且其中所述排出管线的所述横截面积与所述中空壳体的所述容积成比例，所述排出管线具有每升所述中空壳体的容积约0.3mm2至约0.7mm2的横截面积。
53.根据权利要求48、49或50所述的生物反应器，其中所述供应管线中的每一根包括位于所述对应端口上游的流体过滤器。
54.根据前述权利要求中任一项所述的生物反应器，其中所述生物工艺容器包括中间部分，所述中间部分具有约0.8至约1.5、诸如约1至约1.2的纵横比。
55.根据权利要求36所述的生物反应器，其中所述镇流喷射器限定用于将气体释放到培养基中的第一多个孔，并且所述第二喷射器限定用于将气体释放到所述培养基中的第二多个孔，所述第二多个孔具有小于所述第一多个孔的直径。
56.根据权利要求26-55中任一项所述的生物反应器，其中所述可旋转轴包括由亲水性聚合物材料制成的至少一个叶轮，所述至少一个叶轮是可塌缩的。
57.一种生物反应器***，包括：
由液体不可透过且柔性的适形材料制成的生物工艺容器，所述生物工艺容器具有顶部、底部、以及在两者间的至少一个侧壁，生物工艺腔室限定用于接纳培养基的中空壳体；
用于将材料进料到所述生物工艺容器的所述中空壳体中的多个入口端口；
位于所述生物工艺容器的所述底部的排出管线，用于从所述生物工艺容器中排出流体；
包括联接到至少一个搅拌器的可旋转轴的混合装置，所述轴和搅拌器延伸到所述生物工艺容器的所述中空壳体中；
与所述生物工艺容器操作性地关联的至少一个传感器，用于监测所述中空壳体内的至少一个参数，所述至少一个传感器包括pH传感器、溶解二氧化碳传感器、溶解氧传感器、或称重传感器；以及
与所述至少一个传感器通信的控制器，所述控制器被配置成从所述至少一个传感器接收信息，并且基于所述信息控制流体供应源，以改变流体从所述流体供应源到所述生物工艺容器的所述中空壳体中的流速，以用于将容纳在所述中空壳体内的培养基的所述至少一个参数维持在预设限度内。
58.根据权利要求57所述的生物反应器***，还包括与所述生物工艺容器流体连通的二氧化碳气体供应源和也与所述生物工艺容器流体连通的液体碱供应源，所述至少一个传感器包括pH传感器并且其中所述控制器被配置成通过从所述二氧化碳气体供应源添加某些量的二氧化碳以选择性地降低pH或通过从所述液体碱供应源添加某些量的碱以选择性地增加pH而在预设限度内调节培养基的pH水平。
59.根据权利要求58所述的生物反应器***，其中所述***包括第一pH传感器和第二pH传感器，每个pH传感器与所述控制器通信。
60.根据权利要求57所述的生物反应器***，还包括氧气供应源并且其中所述至少一个传感器包括溶解氧传感器，并且其中所述控制器通过基于从所述溶解氧传感器接收到的信息将来自所述氧气供应源的某些量的氧气周期性地添加到所述生物工艺容器的所述中空壳体内的培养基中而在预设限度内调节培养基内的溶解氧水平。
61.根据权利要求57所述的生物反应器***，还包括二氧化碳气体供应源并且其中所述至少一个传感器包括溶解二氧化碳传感器，并且其中所述控制器通过基于从所述溶解二氧化碳传感器接收到的信息将来自所述二氧化碳供应源的某些量的二氧化碳气体周期性地添加到所述生物工艺容器的所述中空壳体内的培养基中而在预设限度内调节培养基内的溶解二氧化碳水平。
62.根据权利要求57-61中任一项所述的生物反应器***，还包括围绕所述生物工艺容器的热夹套，所述热夹套与加热流体或冷却流体中的至少一者流体连通，所述生物反应器***还包括用于感测容纳在所述生物工艺容器内的培养基的温度的温度传感器，所述温度传感器与所述控制器通信，并且其中所述控制器被配置成从所述温度传感器接收信息，并且基于所述信息控制进入所述热夹套中的流体的流动，以增加或降低容纳在所述生物工艺容器中的培养基的温度，从而将培养基维持在预设温度限度内。
63.根据权利要求58-62中任一项所述的生物反应器***，还包括用于监测联接至所述至少一个搅拌器的所述可旋转轴的旋转速度的转速计，所述转速计与所述控制器通信，所述控制器与使所述轴旋转的马达通信，所述控制器被配置成基于从所述转速计接收到的信息以使所述轴以预定速度旋转的方式控制所述马达。
64.根据权利要求58-63中任一项所述的生物反应器***，其中所述控制器包括一个或多个微处理器。
65.根据权利要求58-64中任一项所述的生物反应器***，其中所述***包括pH传感器和溶解氧传感器，两者均与所述控制器通信，并且其中所述控制器从所述pH传感器和所述溶解氧传感器接收信息并且控制不同流体进入所述生物工艺容器的流动，以将容纳在所述生物工艺容器内的培养基的pH水平和溶解氧水平维持在预设限度内。
66.一种生物反应器，包括：
由液体不可透过且柔性的适形材料制成的生物工艺容器，所述生物工艺容器具有顶部、底部、以及在两者间的至少一个侧壁，生物工艺腔室限定用于接纳培养基的中空壳体；
包括联接到至少一个搅拌器的可旋转轴的混合装置，所述轴和搅拌器延伸到所述生物工艺容器的所述中空壳体中；以及
至少一根进料管线，所述进料管线延伸到所述中空壳体中以用于将流体进料到所述生物工艺容器中，所述进料管线包括邻近所述搅拌器定位的液面下流体出口，所述流体出口与流体控制装置相关联，所述流体控制装置仅允许流体流出所述流体出口而防止流体在相反方向上流动。
67.根据权利要求66所述的生物反应器，还包括至少一个挡板，所述挡板被配置成在纵向方向上邻近所述生物工艺容器的所述侧壁延伸，所述挡板具有从所述侧壁径向向内延伸的形状，延伸量足以影响在通过所述混合装置混合培养基期间在所述中空壳体中的流体流动。
68.根据权利要求67所述的生物反应器，其中所述挡板限定可膨胀的流体囊，所述挡板能够膨胀和收缩。
69.根据权利要求67所述的生物反应器，其中所述挡板被配置成放置在所述中空壳体的外部并且其中所述生物工艺容器的所述侧壁围绕所述挡板的所述形状适形。
70.根据权利要求67、68或69所述的生物反应器，其中所述生物反应器包括约2至约6个挡板，所述挡板围绕所述生物工艺容器的所述中空壳体的圆周间隔开。
71.根据权利要求66所述的生物反应器，其中所述生物反应器还包括至少一个喷射器。
72.根据权利要求71所述的生物反应器，其中所述喷射器包括镇流喷射器，所述镇流喷射器包括具有纵向部分和侧向部分的气体管，所述纵向部分竖直延伸到所述生物工艺容器的所述中空壳体中，所述侧向部分在所述搅拌器下方位于所述纵向部分的端部，所述侧向部分限定用于将气体释放到容纳在所述生物工艺容器内的培养基中的多个孔。
73.根据权利要求66所述的生物反应器，其中所述生物工艺容器的所述适形材料包括柔性膜。
74.根据权利要求73所述的生物反应器，其中所述柔性膜包括多层膜，所述多层膜包括面向所述中空壳体的内表面和相背对的外表面，所述内表面包含已经过改性以形成亲水性表面的低密度聚乙烯。
75.根据权利要求74所述的生物反应器，其中所述低密度聚乙烯已通过经受辐射、光或等离子体诱导、或氧化而改性。
76.根据权利要求66所述的生物反应器，其中所述流体控制装置包括单向阀。
77.根据权利要求66所述的生物反应器，还包括位于所述生物工艺容器的所述顶部的第二进料管线，所述第二进料管线包括位于驻留在所述生物工艺容器中的一定体积的培养基上方的液面上流体排放口，所述液面上流体排放口被定位成使得流过所述流体排放口的流体与容纳在所述生物工艺容器内的培养基直接接触。
78.根据权利要求77所述的生物反应器，其中所述搅拌器在旋转时形成圆周并且其中所述进料管线的所述液面上流体排放口位于所述搅拌器的所述圆周的上方，以使得流过所述流体排放口的所述流体接触所述圆周内的所述培养基。
79.根据权利要求66所述的生物反应器，其中所述生物工艺容器包括用于连接到用以将流体进料至所述生物工艺容器的多根供应管线的多个端口，并且其中每个端口和对应的供应管线包括用于辅助用户将所述供应管线连接至相应端口的匹配指示物。
80.根据权利要求79所述的生物反应器，其中所述端口包括通用连接器，所述端口具有第一端部和第二端部，所述第一端部用于形成与相应供应管线的可重新连接的附接。
81.根据权利要求66所述的生物反应器，其中所述生物工艺容器与位于所述生物工艺容器的所述底部的排出管线流体连通，并且其中流体收集装置位于所述生物工艺容器的所述中空壳体与所述排出管线之间，所述流体收集装置具有被配置成引起从所述生物工艺容器进入所述排出管线的流体的涡流的形状。
82.根据权利要求66所述的生物反应器，其中所述生物工艺容器的所述中空壳体具有一定容积，并且其中所述排出管线具有一定横截面积，并且其中所述排出管线的所述横截面积与所述中空壳体的所述容积成比例，所述排出管线具有每升所述中空壳体的容积约0.3mm2至约0.7mm2的横截面积。
83.根据权利要求66所述的生物反应器，其中所述搅拌器包括由亲水性聚合物材料制成的至少一个叶轮，所述至少一个叶轮是可塌缩的。
84.一种生物反应器，包括：
由液体不可透过且柔性的适形材料制成的生物工艺容器，所述生物工艺容器具有顶部、底部、以及在两者间的至少一个侧壁，生物工艺腔室限定用于接纳培养基的中空壳体；
包括联接到至少一个搅拌器的可旋转轴的混合装置，所述轴和搅拌器延伸到所述生物工艺容器的所述中空壳体中；以及
位于所述生物工艺容器的所述顶部的至少一根进料管线，所述进料管线包括位于驻留在所述生物工艺容器中的一定体积的培养基上方的液面上流体排放口，所述液面上流体排放口被定位成使得流过所述流体排放口的流体与容纳在所述生物工艺容器内的培养基直接接触，而不接触所述侧壁。
85.根据权利要求84所述的生物反应器，还包括至少一个挡板，所述挡板被配置成在纵向方向上邻近所述生物工艺容器的所述侧壁延伸，所述挡板具有从所述侧壁径向向内延伸的形状，延伸量足以影响在通过所述混合装置混合培养基期间在所述中空壳体中的流体流动。
86.根据权利要求85所述的生物反应器，其中所述挡板限定可膨胀的流体囊，所述挡板能够膨胀和收缩。
87.根据权利要求85所述的生物反应器，其中所述挡板被配置成放置在所述中空壳体的外部并且其中所述生物工艺容器的所述侧壁围绕所述挡板的所述形状适形。
88.根据权利要求85、86或87所述的生物反应器，其中所述生物反应器包括约2至约6个挡板，所述挡板围绕所述生物工艺容器的所述中空壳体的圆周间隔开。
89.根据权利要求84所述的生物反应器，其中所述生物反应器还包括至少一个喷射器。
90.根据权利要求89所述的生物反应器，其中所述喷射器包括镇流喷射器，所述镇流喷射器包括具有纵向部分和侧向部分的气体管，所述纵向部分竖直延伸到所述生物工艺容器的所述中空壳体中，所述侧向部分在所述搅拌器下方位于所述纵向部分的端部，所述侧向部分限定用于将气体释放到容纳在所述生物工艺容器内的培养基中的多个孔。
91.根据权利要求84所述的生物反应器，其中所述生物工艺容器的所述适形材料包括柔性膜。
92.根据权利要求91所述的生物反应器，其中所述柔性膜包括多层膜，所述多层膜包括面向所述中空壳体的内表面和相背对的外表面，所述内表面包含已经过改性以形成亲水性表面的低密度聚乙烯。
93.根据权利要求92所述的生物反应器，其中所述低密度聚乙烯已通过经受辐射、光或等离子体诱导、或氧化而改性。
94.根据权利要求84所述的生物反应器，还包括位于所述生物工艺容器的所述顶部的第二进料管线，所述第二进料管线包括液面下流体出口，所述流体出口与仅允许流体流出所述流体出口的流体控制装置相关联。
95.根据权利要求94所述的生物反应器，其中所述流体控制装置包括单向阀。
96.根据权利要求84所述的生物反应器，其中所述搅拌器在旋转时形成圆周并且其中所述进料管线的所述液面上流体排放口位于所述搅拌器的所述圆周的上方，以使得流过所述流体排放口的所述流体接触所述圆周内的所述培养基。
97.根据权利要求84所述的生物反应器，其中所述生物工艺容器包括用于连接到用以将流体进料至所述生物工艺容器的多根供应管线的多个端口，并且其中每个端口和对应的供应管线包括用于辅助用户将所述供应管线连接至相应端口的匹配指示物。
98.根据权利要求97所述的生物反应器，其中所述端口包括通用连接器，所述端口具有第一端部和第二端部，所述第一端部用于形成与相应供应管线的可重新连接的附接。
99.根据权利要求84所述的生物反应器，其中所述生物工艺容器与位于所述生物工艺容器的所述底部的排出管线流体连通，并且其中流体收集装置位于所述生物工艺容器的所述中空壳体与所述排出管线之间，所述流体收集装置具有被配置成引起从所述生物工艺容器进入所述排出管线的流体的涡流的形状。
100.根据权利要求99所述的生物反应器，其中所述生物工艺容器的所述中空壳体具有一定容积，并且其中所述排出管线具有一定横截面积，并且其中所述排出管线的所述横截面积与所述中空壳体的所述容积成比例，所述排出管线具有每升所述中空壳体的容积约0.3mm2至约0.7mm2的横截面积。
101.根据权利要求84所述的生物反应器，其中所述搅拌器包括由亲水性聚合物材料制成的至少一个叶轮，所述至少一个叶轮是可塌缩的。
102.一种用于生产单次使用生物反应器的方法，包括：
由液体不可透过且柔性的适形材料构造生物工艺容器，所述生物工艺容器具有顶部、底部、以及在两者间的至少一个侧壁，生物工艺腔室限定用于接纳培养基的中空壳体，所述中空壳体具有约10升至约20,000升的容积，所述生物工艺容器包括用于将材料进料到所述生物工艺容器的所述中空壳体中的多个入口端口，每个入口端口具有一定直径；
将混合装置***所述生物工艺容器的所述中空壳体中，所述混合装置包括联接到至少一个搅拌器的可旋转轴；
将至少一个喷射器***所述生物工艺容器的所述中空壳体中，所述喷射器包括具有纵向部分和侧向部分的气体管，所述纵向部分竖直延伸到所述中空壳体中，所述侧向部分在所述搅拌器下方位于所述纵向部分的端部，所述侧向部分限定用于将气体释放到容纳在所述生物工艺容器内的培养基中的多个孔，所述多个孔具有一定直径；
将排出管线连接至所述生物工艺容器的所述底部，所述排出管线具有一定横截面积；以及
其中所述入口端口的所述直径、所述喷射器上的所述多个孔的所述直径、以及所述排出管线的所述横截面积与所述中空壳体的所述容积成比例，并且其中所述排出管线具有每升所述中空壳体的容积约0.3mm2至约0.7mm2的横截面体积。
103.一种生物反应器，包括：
由液体不可透过且柔性的适形材料制成的生物工艺容器，所述生物工艺容器具有顶部、底部、以及在两者间的至少一个侧壁，生物工艺腔室限定用于接纳培养基的中空壳体；
用于将材料进料到所述生物工艺容器的所述中空壳体中的至少一个入口端口；
包括联接到多个搅拌器的可旋转轴的混合装置，所述轴和搅拌器延伸到所述生物工艺容器的所述中空壳体中；
与所述生物工艺容器的所述中空壳体流体连通的细胞保留腔室；
与所述细胞保留腔室流体连通的滤液出口，所述滤液出口包括生物过滤器，所述生物过滤器是液体可透过但培养基中所含的生物材料不可透过的，所述滤液出口用于从所述细胞保留腔室中移除液体；以及
被配置成在所述生物工艺容器的所述中空壳体与所述细胞保留腔室之间交替培养基的流动的流量调节器。
104.根据权利要求103所述的生物反应器，其中所述流量调节器与加压气体源和真空源连通，所述流量调节器被配置成交替地将真空或气体压力施加至容纳在所述细胞保留腔室中的流体，以使流体在所述生物工艺容器的所述中空壳体与所述细胞保留腔室之间来回循环。
105.根据权利要求104所述的生物反应器，其中所述流量调节器包括往复隔膜，所述隔膜在向容纳在所述细胞保留腔室中的所述流体施加压力与施加抽吸力之间交替。
106.根据权利要求103-105中任一项所述的生物反应器，还包括至少一个挡板，所述挡板被配置成在纵向方向上邻近所述生物工艺容器的所述侧壁延伸，所述挡板具有从所述侧壁径向向内延伸的形状，延伸量足以影响在通过所述混合装置混合培养基期间在所述中空壳体中的流体流动。
107.根据权利要求106所述的生物反应器，其中所述挡板限定可膨胀的流体囊，所述挡板能够膨胀和收缩。
108.根据权利要求106或107所述的生物反应器，其中所述挡板被配置成放置在所述中空壳体的外部并且其中所述生物工艺容器的所述侧壁围绕所述挡板的所述形状适形。
109.根据权利要求103所述的生物反应器，其中所述生物反应器还包括至少一个喷射器。
110.根据权利要求109所述的生物反应器，其中所述喷射器包括镇流喷射器，所述镇流喷射器包括具有纵向部分和侧向部分的气体管，所述纵向部分竖直延伸到所述生物工艺容器的所述中空壳体中，所述侧向部分在所述搅拌器下方位于所述纵向部分的端部，所述侧向部分限定用于将气体释放到容纳在所述生物工艺容器内的培养基中的多个孔。
111.根据权利要求110所述的生物反应器，其中所述生物反应器包括第二喷射器。
112.根据权利要求103所述的生物反应器，其中所述生物工艺容器的所述适形材料包括柔性膜。
113.根据权利要求112所述的生物反应器，其中所述柔性膜包括多层膜，所述多层膜包括面向所述中空壳体的内表面和相背对的外表面，所述内表面包含已经过改性以形成亲水性表面的低密度聚乙烯。
114.根据权利要求113所述的生物反应器，其中所述低密度聚乙烯已通过经受辐射、光或等离子体诱导、或氧化而改性。
115.根据权利要求103所述的生物反应器，还包括至少一根进料管线，所述进料管线延伸到所述中空壳体中以用于将流体进料到所述生物工艺容器中，所述进料管线包括邻近一个搅拌器定位的液面下流体出口，所述流体出口与流体控制装置相关联，所述流体控制装置仅允许流体流出所述流体出口而防止流体在相反方向上流动。
116.一种生物反应器，包括：
由液体不可透过且柔性的适形材料制成的生物工艺容器，所述生物工艺容器具有顶部、底部、以及在两者间的至少一个侧壁，生物工艺腔室限定用于接纳培养基的中空壳体；
用于将材料进料到所述生物工艺容器的所述中空壳体中的至少一个入口端口；以及
包括联接到至少一个搅拌器的可旋转轴的混合装置，所述轴和搅拌器延伸到所述生物工艺容器的所述中空壳体中，所述搅拌器可塌缩到所述旋转轴上。
117.根据权利要求116所述的生物反应器，其中所述搅拌器包括叶轮，所述叶轮包括至少一个叶片元件，所述叶片元件可朝向所述可旋转轴折叠。
118.根据权利要求116或117所述的生物反应器，还包括从所述旋转轴突出的可塌缩挡板元件。
119.根据权利要求117所述的生物反应器，其中所述可旋转轴联接至第一叶轮和第二叶轮，两个叶轮均包括可朝向所述轴折叠的至少一个叶片元件。
120.根据权利要求116-119中任一项所述的生物反应器，其中所述轴和搅拌器由亲水性聚合物制成。
121.根据权利要求120所述的生物反应器，其中所述亲水性聚合物包括已通过经受辐射、光或等离子体诱导、或氧化而改性的聚乙烯聚合物。
122.根据权利要求116-121中任一项所述的生物反应器，其中所述可旋转轴包括由轴套围绕的金属加强杆，所述轴套由聚合物材料构成。
123.根据权利要求122所述的生物反应器，还包括位于所述混合装置的所述轴上的定位环，所述定位环包括搅拌器接合位置和搅拌器脱离位置，分别用于将所述搅拌器保持在直立位置或塌缩位置。
124.根据权利要求123所述的生物反应器，其中当所述金属加强杆***所述轴套中时，所述定位环从所述搅拌器脱离位置移动至所述搅拌器接合位置。
125.根据权利要求122或123所述的生物反应器，其中所述金属加强杆包括附接在一起的多个区段。
126.根据权利要求122、123、124或125所述的生物反应器，其中所述金属加强杆具有顶部并且其中磁性构件位于所述金属加强杆的所述顶部，所述磁性构件被配置成磁性地接合马达。
127.根据权利要求116-126中任一项所述的生物反应器，还包括至少一个挡板，所述挡板被配置成在纵向方向上邻近所述生物工艺容器的所述侧壁延伸，所述挡板具有从所述侧壁径向向内延伸的形状，延伸量足以影响在通过所述混合装置混合培养基期间在所述中空壳体中的流体流动。
128.根据权利要求127所述的生物反应器，其中所述挡板限定可膨胀的流体囊，所述挡板能够膨胀和收缩。
129.根据权利要求127或128所述的生物反应器，其中所述挡板被配置成放置在所述中空壳体的外部并且其中所述生物工艺容器的所述侧壁围绕所述挡板的所述形状适形。
130.根据权利要求116所述的生物反应器，其中所述生物反应器还包括至少一个喷射器。
131.根据权利要求130所述的生物反应器，其中所述喷射器包括镇流喷射器，所述镇流喷射器包括具有纵向部分和侧向部分的气体管，所述纵向部分竖直延伸到所述生物工艺容器的所述中空壳体中，所述侧向部分在所述搅拌器下方位于所述纵向部分的端部，所述侧向部分限定用于将气体释放到容纳在所述生物工艺容器内的培养基中的多个孔，所述侧向部分接合所述混合装置的所述轴以使所述轴稳定。
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