CN110016437A - 用于大规模培养细胞的立式旋转罐生物反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于大规模培养细胞的旋转式生物反应器，包括可旋转的培养罐，培养罐的罐口密封设置有罐盖；培养罐的底部下方设置有旋转驱动装置，旋转驱动装置能够驱动培养罐沿其竖向中心轴线旋转；培养罐罐盖固定不旋转，罐盖上开有若干个接口，罐盖与罐口之间设置有旋转接头，旋转接头实现培养罐的密闭旋转；罐盖上的接口还连接有电极、进/出料管路、在线细胞检测***、搅拌***、灌流***和通气***。本发明适用细胞治疗制剂的整个制备过程，包括细胞分离、磁选转染、扩增、浓缩、洗涤、配置到分装都可在本发明一个全密闭、全自动控制的生物反应器中完成的。
Description
技术领域
本发明涉及用于大规模细胞培养的立式旋转罐生物反应器，属于细胞培养及再生医学技术领域。
背景技术
细胞和组织的体外培养已成为生命研究和实践的必不可少内容。传统的生物反应器只能培养细胞收获蛋白，很少用于收获细胞。随着免疫治疗及干细胞治疗的兴起，大规模、全封闭、全自动、多功能的制备细胞装置已成耽误之急。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种用于大规模培养的旋转式生物反应器。
本发明的具体方案为：
一种用于大规模培养的旋转式生物反应器，包括可旋转的培养罐，所述培养罐的罐口密封设置有罐盖；所述培养罐的底部下方设置有旋转驱动装置，所述旋转驱动装置能够驱动培养罐沿其竖向中心轴线旋转；培养罐罐盖固定不旋转, 罐盖上开有若干个接口，所述罐盖与罐口之间设置有旋转接头，旋转接头实现培养罐的密闭旋转。
所述罐盖上的接口还连接有不同种类的电极、进/出料管路、在线细胞检测***、搅拌***、灌流***和通气***。
所述生物反应器设置于恒温箱中，所述恒温箱的门上开设有观察窗口，所述观察窗口中设置有透明材质的隔板或玻璃，所述恒温箱还设置有恒温***和温度显示***。
所述培养罐的底部设有十字交叉的十字凹槽，十字凹槽的交点位于罐底的中心。
所述旋转驱动装置包括旋转托盘和底部电机，所述旋转托盘的上表面设有十字交叉的十字凸条，十字凸条的交点位于旋转托盘的中心，所述旋转罐体的下部十字凹槽安装在旋转托盘十字凸条上，刚好吻合***十字凹槽中。
所述旋转托盘的中心设置有向下延伸的连接套，所述连接套与底部电机的驱动轴连接。
所述培养罐的下方设置有底座，所述底部电机位于底座内部，所述旋转托盘与底座之间设置有轴承，所述底部电机驱动旋转托盘与培养罐同步旋转，底座保持不动。
所述罐盖的上方还设置有上支撑板，所述上支撑板均匀设置有若干个稳定器，所述稳定器连接压缩空气；当培养罐旋转时，稳定器的中心轴下降压住罐盖，空气压力可调，以稳定旋转的培养罐。
所述上支撑板与侧板的上端采用螺钉连接，所述侧板的下端与底座固定；
所述罐盖开设有若干个连接孔，所述上支撑板装有插销，插销***罐盖连接孔中以阻止罐盖旋转。
所述培养罐的底部设置有一圈与其同心的聚流槽，凹槽上方2-3mm对应有一根导流管，导流管安装在罐盖上，所述培养罐的底部四周朝向聚流槽，以及从培养罐的中心朝向聚流槽均设置有向下倾斜的斜坡。
所述通气***包括供气端阀门、流量计、过滤器以及位于轴向贯穿在搅拌轴中的通气管道，该通气管道的末端设置有微泡发生器；所述通气管道的上端设置有与通气管连接的进气通路。
所述培养罐呈圆柱体形状，所述培养罐的顶部呈台肩形状收口形成缩口的罐口，所述培养罐内设置有搅拌轴，所述搅拌轴位于培养罐的轴向中心上，所述搅拌轴靠近其下端位置设置有搅拌浆，所述搅拌轴的顶端连接有顶部电机，所述顶部电机驱动搅拌轴旋转。
所述恒温箱的下方设置有滚轮，所述滚轮设置有刹车板。
本发明的工作原理是：
本发明是一套完整的细胞培养用生物反应器，且集成了离心机的功能。在罐体不被旋转的情况下，它是一套完整的生物反应器，可进行动植物细胞及微生物的培养，当启动底部电机时，罐体可高速旋转，就形成了一个在线的离心机，可对培养的细胞进行离心分离，浓缩和洗涤细胞。
本发明的有益效果是：
本发明适用于细胞治疗制剂的整个制备过程，包括细胞分离、磁选转染、扩增、浓缩、洗涤、配置到分装都是在本发明一个全密闭、全自动控制的生物反应器中完成的。
本发明节省生产环节，避免了污染。
本发明具备大规模、全封闭、全自动、三维培养细胞的功能，同时还具备细胞浓缩、细胞洗涤、细胞检测、细胞配制、制剂自动封装等功能。
附图说明
图1是本发明的整体内部结构示意图（也作摘要附图），
图2是本发明的整体外部结构示意图，
图3是图1中的B处局部放大图，
附图标记：1—底座，2—底部电机，3—轴承，4—旋转托盘，5—搅拌叶，6—培养罐，7—导流管，8—搅拌轴，9—旋转接头，10—罐盖，11—固定上盖，12—稳定器， 13—通气***，14—手动插销， 15—侧板， 16—滚轮，17—观察窗口， 18—十字凹槽， 19—把手，20—聚流槽，21—连接套，22—十字凸条。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例一：
图1是本发明的整体内部结构示意图，结合附图可见，本发明用于大规模培养的旋转式生物反应器，包括培养罐6，在实际应用中，培养罐6竖直摆放，在培养罐6中培养细胞。在培养过程中，上搅拌电机驱动搅拌桨低速旋转，搅拌培养基，让培养基混合均匀。培养罐6的底部下方设置有旋转驱动装置，旋转驱动装置能够驱动培养罐6沿其竖向中心轴线高速旋转产生离心力，可对细胞进行分离、浓缩和洗涤。驱动培养罐6旋转是现在的任何培养罐6均没有的，本发明结合了培养罐和离心机的功能，是本发明的最重要的发明点之一。本发明的培养罐6可以适用于容积为2L及2L以上的大规模培养。
例如，在CAR-T细胞培养中，本发明培养罐高速旋转配备显微成像***可以从血浆中分离白细胞，再将收集的白细胞回输回罐内，经过磁选、修饰、扩增等步骤，可以收获细胞。收获细胞时，同样可以高速旋转培养罐对发酵液离心，离心完成后，用气压将培养基排出收集罐中，然后加生理盐水清洗1-2次，最后配量即按每毫升细胞数及生理盐水与冻存液按比例调配，搅拌均匀，启动取样***取样，然后分装、冻存。整个过程均在本发明的生物反应器中全封闭，全自动化的完成，是现有设备中没有的。
实施例二：
图2是本发明的整体外部结构示意实例，结合附图可见，培养罐6设置于恒温箱中，恒温箱的侧壁开设有观察窗口17，观察窗口17中设置有透明材质的隔板或玻璃，恒温箱还设置有恒温***和温度显示***。恒温箱的一侧为能够旋转打开的门，门上设置有把手19，所述观察窗口17可以位于门上，或者位于恒温箱的其他侧壁上。
实施例三：
本例详细介绍为了实现培养罐6能够被底部电机2驱动旋转，而且高速旋转，以及罐口密封连接的具体手段。图3是图1中的B处局部放大图，结合附图可见，所述培养罐6的底部开设有十字交叉的十字凹槽18，旋转驱动装置包括旋转托盘4和底部电机2，旋转托盘4的上表面设有十字交叉的十字凸条22，十字凸条22的交点位于旋转托盘4的中心，旋转托盘4接触设置在加厚底座的下方，十字凸条22刚好吻合***十字凹槽18中。十字凹槽18的交点位于加厚底座的中心。通过十字十字凸条22插在十字凹槽18中，实现在水平方向上，培养罐6和旋转托盘4保持同步固定，不会发生任何位置偏移。在纵向方向上，通过培养罐6以及培养罐6底部的固定上盖11以及侧板15，实现高度方向固定，不会有高度偏差。
实施例四：
本例中，旋转托盘4的中心设置有向下延伸的连接套21，连接套21套接包住底部电机2的驱动轴；通过连接套21套接包围在底部电机2的驱动轴四周，实现底部电机2能够与旋转托盘4稳固连接和驱动。
培养罐6的下方设置有底座1，底部电机2位于底座1内部，底部电机2的驱动轴与旋转托盘4的中心连接，旋转托盘4与底座1之间设置有轴承3，底部电机2驱动旋转托盘4与培养罐6同步旋转，底座1保持不动。底座1将培养罐6支撑在底部电机2的上方，提供支撑点，同时，培养罐6要能够旋转，而底座1始终保持不动。
实施例五：
本例为实现底座1与旋转托盘4的一个具体连接的实施例：轴承3包括轴承3内圈和轴承3外圈，以及设置在轴承3内圈和轴承3外圈之间的若干个滚珠，轴承3外圈与底座1固定连接，与旋转托盘4不接触，轴承3内圈与旋转托盘4固定连接，与底座1不接触。
罐盖10与罐口之间设置有旋转接头9，通过旋转接头9，实现罐口旋转，而罐盖10保持不动。
罐盖10的上方还设置有固定上盖11，固定上盖11圆周均匀设置有若干个稳定器12，稳定器12连接气压罐；当培养罐6旋转时，稳定器12的中心轴下降压住罐盖10，旋转接头9实现培养罐旋转，罐盖10保持不动。当启动培养罐6旋转时，稳定器12的中心杆向下伸出，按压在罐盖10上，确保在培养罐6高速旋转过程中，罐盖10能够保持高度位置不变，防止被甩飞。
罐盖的上方还设置有上支撑板，所述上支撑板均匀设置有若干个稳定器，所述稳定器连接压缩空气；当培养罐旋转时，稳定器的中心轴下降压住罐盖，空气压力可调，以稳定旋转的培养罐。
固定上盖11水平连接固定上支撑板，上支撑板的边缘设置有竖直向下延伸的侧板15，侧板15的下端与底座1固定。上支撑板和侧板15，将固定上盖11支撑住，提供支撑点。同时，侧板15和上支撑板也给固定上盖11提供一定的作用力，即在高速旋转过程中，拉着固定上盖11，防止固定上盖11上移。
固定上盖11和罐盖10开设有若干个连接孔，固定上盖11的连接孔与罐盖10的连接孔依次同轴，每个连接孔中均贯穿设置有手动插销14。通过手动插销14，将罐盖10固定住，防止罐盖10旋转。实现贯穿过罐盖10进入到培养罐6内的灌流***、气体交换***、搅拌轴8以及抽吸***均能够保持固定不动。
实施例六：
本例进一步设计了灌流***，灌流***包括导流管7以及与进液管连接的培养基更新***，导流管7从罐盖10垂直***到靠近培养罐6底部。培养罐6中陈旧的培养基通过导流管7抽吸出去，然后，再通过进液管将新鲜的培养基输送到培养罐6中。
实施例七：
本例进一步设计了聚流槽，结合图3可见，培养罐6的底部设置有一圈与其同心的聚流槽20，培养罐6的底部四周朝向聚流槽20，以及从培养罐6的中心朝向聚流槽20均设置有向下倾斜的斜坡；导流管7的下端***到聚流槽20中，并悬于其中。当需要将培养罐6中的成分完全抽吸完时，在培养罐6底部仅存的培养基会在斜坡的作用下，朝向聚流槽20流动，让培养罐6底部的培养基能更充分被吸出。导流管7距离搅拌轴8的距离大于搅拌叶5的宽度，确保搅拌叶5旋转时，不碰触到导流管7。
实施例八：
本例中进一步设计了通气***13，通气***13包括供气端阀门、流量计、过滤器以及位于轴向贯穿在搅拌轴中的通气管道，该通气管道的末端设置有微泡发生器；所述通气管道的上端设置有与通气管连接的进气通路。微泡发生将进入到培养罐6中的气体分散成更小、更均匀的气体颗粒，提高气体分散到培养基中的速度和均匀性。
实施例九：
可见，恒温箱的下方设置有滚轮16，滚轮16设置有刹车板。恒温箱的底部每个拐角处均设置一个滚轮16，便于将恒温箱推动移动，当推到合适的位置后，将刹车板按下，滚轮16被锁死，不能移动，恒温箱能定位在固定的位置。滚轮16可以选用万向轮，推动和转弯更加灵活、方便。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.用于大规模培养的旋转式生物反应器，包括可旋转的培养罐，所述培养罐的罐口密封设置有罐盖；其特征在于，所述培养罐的底部下方设置有旋转驱动装置，所述旋转驱动装置能够驱动培养罐沿其竖向中心轴线旋转；培养罐罐盖固定不旋转，罐盖上开有若干个接口，所述罐盖与罐口之间设置有旋转接头，旋转接头实现培养罐的密闭旋转。
2.根据权利要求1所述的用于大规模细胞培养的旋转式生物反应器，其特征在于，所述罐盖上的接口还连接有不同种类的电极、进/出料管路、在线细胞检测***、搅拌***、灌流***和通气***；
所述生物反应器设置于恒温箱中，所述恒温箱的门上开设有观察窗口，所述观察窗口中设置有透明材质的隔板或玻璃，所述恒温箱还设置有恒温***和温度显示***。
3.根据权利要求1所述的用于大规模细胞培养的旋转式生物反应器，其特征在于，所述培养罐的底部设有十字交叉的十字凹槽，十字凹槽的交点位于罐底的中心；
所述旋转驱动装置包括旋转托盘和底部电机，所述旋转托盘的上表面设有十字交叉的十字凸条，十字凸条的交点位于旋转托盘的中心，所述旋转罐体的下部十字凹槽安装在旋转托盘十字凸条上，刚好吻合***十字凹槽中。
4.根据权利要求3所述的用于大规模细胞培养的旋转式生物反应器，其特征在于，所述旋转托盘的中心设置有向下延伸的连接套，所述连接套与底部电机的驱动轴连接；
所述培养罐的下方设置有底座，所述底部电机位于底座内部，所述旋转托盘与底座之间设置有轴承，所述底部电机驱动旋转托盘与培养罐同步旋转，底座保持不动。
5.根据权利要求1所述的用于大规模细胞培养的旋转式生物反应器，其特征在于，所述罐盖的上方还设置有上支撑板，所述上支撑板均匀设置有若干个稳定器，所述稳定器连接压缩空气；当培养罐旋转时，稳定器的中心轴下降压住罐盖，空气压力可调，以稳定旋转的培养罐。
6.根据权利要求5所述的用于大规模细胞培养的旋转式生物反应器，其特征在于，所述上支撑板与侧板的上端采用螺钉连接，所述侧板的下端与底座固定；
所述罐盖开设有若干个连接孔，所述上支撑板装有插销，插销***罐盖连接孔中以阻止罐盖旋转。
7.根据权利要求1-6任一所述的用于大规模细胞培养的旋转式生物反应器，其特征在于，所述培养罐的底部设置有一圈与其同心的聚流槽，凹槽上方2-3mm对应有一根导流管，导流管安装在罐盖上，所述培养罐的底部四周朝向聚流槽，以及从培养罐的中心朝向聚流槽均设置有向下倾斜的斜坡。
8.根据权利要求7所述的用于大规模细胞培养的旋转式生物反应器，其特征在于，所述通气***包括供气端阀门、流量计、过滤器以及位于轴向贯穿在搅拌轴中的通气管道，该通气管道的末端设置有微泡发生器；所述通气管道的上端设置有与通气管连接的进气通路。
9.根据权利要求1所述的用于大规模细胞培养的旋转式生物反应器，其特征在于，所述培养罐呈圆柱体形状，所述培养罐的顶部呈台肩形状收口形成缩口的罐口，所述培养罐内设置有搅拌轴，所述搅拌轴位于培养罐的轴向中心上，所述搅拌轴靠近其下端位置设置有搅拌浆，所述搅拌轴的顶端连接有顶部电机，所述顶部电机驱动搅拌轴旋转。
10.根据权利要求1所述的用于大规模细胞培养的旋转式生物反应器，其特征在于，所述恒温箱的下方设置有滚轮，所述滚轮设置有刹车板。
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