CN111801410A - 生物反应器及相关方法 - Google Patents

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Abstract

一种培养细胞的装置包括生物反应器。所述生物反应器可以是模块化的，可以在室内包括培养细胞的固定床，如非结构化或结构化固定床(如螺旋床)，在所述室内中心布置回流柱。所述模块化生物反应器可以包括多个以堆叠配置布置的结构化固定床。所述模块化生物反应器可以包括外壳，形成调节(例如，绝缘、加热、冷却)至少一个细胞培养室的空间。所述生物反应器还可以包括带径向弯曲叶片的叶轮，还可以悬挂叶轮，从而其可以左右移动，与外部驱动一致。还公开了相关方法。

Description

生物反应器及相关方法
本申请要求序列号为Nos.62/758,152,62/733,375和62/608,261的美国临时专利申请的权益，通过引用，这些专利的内容都纳入本申请中。通过引用，美国专利申请公开No.2018/0282678、国际专利申请PCT/EP2018/076354、美国临时专利申请62/711,070和美国临时专利申请62/725,545的公开内容都纳入本申请中。
技术领域
本申请通常涉及细胞培养领域，更特别地说，涉及一种生物反应器和相关方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种生物反应器，其可以是模块化形式，采用一个或多个结构化固定床，生产和使用都比较简单，同时，即使进行放大或缩小，从均匀性和重复性来看，依然实现了非常优异的细胞培养结果。
根据本发明的第一个方面，提供一种与流体流连接的细胞培养装置，包括含细胞培养固定床的模块化生物反应器。
在一些实施例中，所述模块化生物反应器包括具有第一室的底座部分；形成至少部分第二外室和至少部分第三内室的中间部分，第二外室用于接收固定床，第三内室用于将流体流从第二外室返回到第一室；及位于中间部分上面的盖子部分。固定床可以包括结构化固定床，中间部分可以包括管状部分，所述结构化固定床螺旋环绕管状部分延伸，或中间部分可以包括固定床的内壁。在任何实施例中，中间部分可以包括多个中间部件，每个中间部件与结构固定床相连。
在一些实施例中，多个中间部件中的至少一个部件打孔，允许流体从至少一个中间部件下面的第一结构化固定床流动到至少一个中间部件上面的第二个结构化固定床。在一些实施例中，多个中间部件中的每个部件都是管状的，每个结构化固定床都包括环绕所述管状中间部件的螺旋床。为结构化固定床提供带孔支架。
在一些实施例中，中间部分可以进一步包括管状外壳，用于形成模块化生物反应器的***。管状外壳构成加热、冷却或绝缘生物反应器的空间。中间部分可以包括多个中间部件，每个中间部件适合彼此连接。
在一些实施例中，中间部分包括一根管道，用于与至少一个中间部件接合，形成接收固定床的第二外室的内壁。管道可以接合，其中管道与管道下面的第一中间部件及管道上面的第二中间部件接合。第二中间部件可以包括开孔，用于沿第三内室建立流体膜。可以设置支架，例如直立杆，用于从第一中间部件支承第二中间部件。
在一些实施例中，盖子部分包括带多个端口的可取下的盖子。所述可取下的盖子的外径可以小于中间部分的外径。至少其中一个端口可以包括螺纹金属插件。盖子部分的外径可以等于或大于中间部分的外径。
中间部分可以包括中间部件，适合至少部分位于底座部分内。中间部件可以进一步包括干扰流体流动的流动***。
底座部分可以包括另一个室，径向布置在第一室的外面，与包括固定床的第二室流体连通。所述另一个室可以通过具有多个开孔的直立壁形成，开孔用于将流体从第一室输送到所述另一个室。
在一些实施例中，搅拌器与底座部分连接。中间部分可适用于将搅拌器悬挂在第一室内，从而允许左右运动，与外部驱动一致。
在一些实施例中，提供用于盛放搅拌器的容器，所述容器包括中心入口和多个径向出口。流量分配器可与中心入口相连。在任何实施例中，或作为独立部件与任何生物反应器分开，搅拌器可以包括多个弯曲叶片。
在一些实施例中，提供多个流动***，用于将进入第三内室的流体流分成多股。在一些实施例中，多个流动***可与环相连。在一些实施例中，一根或多根管道，用于让气体进入其中一股流量后面的空间。一根或多根管道可与包括多个流动***的结构连接。例如，第一管道可与该结构连接，或者第一根和第二根管道都与该结构连接。或者，第一根和第二根管道可以不与该结构连接。
根据本发明的另一个方面，公开了一种细胞培养装置。该装置包括模块化生物反应器，其包括与中心柱和外壳都可拆卸连接的底座部分，外壳和中心柱一起形成一个细胞培养室。
在一些实施例中，所述细胞培养室包括至少一个结构化固定床。所述室可以包括多个以堆叠配置布置的结构化固定床。中间部分，如网，可以位于所述多个结构化固定床中的至少两个固定床之间。
在一些实施例中，所述至少一个结构化固定床包括螺旋床。多个堆叠的结构化固定床中的每个床都环绕中心柱。中心柱包括第一和第二互连管道，多个结构化固定床中的第一结构化固定床环绕第一管道，多个结构化固定床中的第二个结构化固定床环绕第二管道。中心柱包括第一管道和第二管道，用于与在多个结构化固定床中的至少两个结构化固定床之间延伸的带孔支架接合。
在任何实施例中，结构化固定床可以包括一个筒，适用于***到第二外室或隔室内或从它们中取出。
根据本发明的另一个方面，公开了一种细胞培养生物反应器。该生物反应器包括具有第一室的底座部分，第一室包括搅拌流体的搅拌器。第一中心柱可与底座部分连接，任选地可以拆卸，第一中心柱形成用于细胞培养的第二外室和将流体流从第二外室返回到第一室的第三内室的至少一部分。
在这个或其它实施例中，第二外室包括第一结构化固定床。在这个或任何实施例中，第一结构化固定床包括一螺旋床，并且可以包裹或环绕第一中心柱。第二中心柱也可以构成至少部分第二外室，且进一步包括与第一结构化固定床垂直间隔的第二结构化固定床。在第一结构化固定床和第二结构化固定床之间设置一带孔支架。
在任何实施例中，第二外室包括一个非结构化床。
根据本发明的另一个方面，公开了一种与流体连接的细胞培养生物反应器。该生物反应器包括含搅拌流体用搅拌器的第一室，含多个细胞培养堆叠床的第二外室，及将流体从第二外室返回到第一室的第三内室。
在一些实施例中，所述生物反应器包括具有第一室的底座部分；形成至少部分第二外室及至少部分第三内室的中间部分；及位于中间部分上面的盖子部分。在这个或其它实施例中，中间部分包括支承多个堆叠床中第一个床的第一支架。中间部分包括支承多个堆叠床中第二个床的第二支架，并且可适用于与底座部分和盖子部分可拆卸地连接。
在一些实施例中，第二外室由外壁限制。该生物反应器可以进一步包括与外壁形成一空间的外壳，该空间用于绝缘、加热或冷却第二外室。
本发明的第一个方面涉及一种与流体连接的细胞培养生物反应器。该生物反应器包括含搅拌流体用搅拌器的第一室，含至少一个细胞培养床的第二外室，及将流体从第二外室返回到第一室的第三内室。所述第二外室可以被外壁限制，并进一步包括与外壁形成一个空间的外壳，该空间用于绝缘、加热或冷却第二外室。
在这个或其它任何实施例中，所述至少一个床包括结构化固定床，如螺旋床，但也可以是非结构化床。所述内室可以由至少一根管道(其可以与床或至少部分床隔开)形成。所述至少一根管道可与限制所述至少一个床的第一支架和第二支架连接。第一和第二支架可以与外壁连接，或第一和第二支架可以至少部分打孔。
本发明的另一个方面涉及一种细胞培养装置，包括一个含搅拌器的生物反应器，所述生物反应器适用于将搅拌器保持在悬挂状态，允许左右移动，与外部驱动一致。
在一些实施例中，所述生物反应器包括接收搅拌器的底座部分，及中间部分，中间部分用于支承容纳悬挂状态搅拌器的承载器。所述承载器可以包括夹子，用于接合中间部分。
本发明的另一个方面涉及一种细胞培养装置。所述装置包括一个含搅拌器的生物反应器，搅拌器有多个弯曲叶片。所述搅拌器可以包括一个径向在多个弯曲叶片内的中心开放区，可以包括一个或多个磁铁。
本发明还涉及一种包括第一和第二堆叠结构化床的生物反应器。所述生物反应器可以进一步包括一个与第一和第二堆叠结构化床都接合的网。所述第一和第二堆叠床可以包括结构化床，如螺旋床。
还公开了一种生物反应器，包括形成生物反应器中心柱的结构化固定床。所述结构化固定床可以包括螺旋床。结构化固定床的内表面是流体无法渗透的，从而形成中心柱，用于将流体返回，循环通过所述结构化固定床，例如从顶部至底部。所述生物反应器可以是模块化的，可以设置多个堆叠的结构化固定床，堆叠中每个床之间可以具有空隙或间隔器。
根据本发明的另一个方面，提供了一种制造生物反应器的方法。所述方法包括将底座部分与至少一个中间部分连接，底座部分包含带搅拌流体用搅拌器的第一室，中间部分形成至少部分培养细胞的第二外室，及将流体返回到底座部分第一室的第三内室，第二外室与从第二外室输送的流体连接。
在一些实施例中，所述方法包括在至少一个中间部分上面连接盖子部分的步骤。所述方法进一步包括在中间部分螺旋缠绕基体材料，以在外室形成细胞培养结构化固定床的步骤，或将结构化固定床***到第二外室内的步骤。所述方法进一步包括提供一个外壳，形成第二外室的***，或将外壳与底座部分连接。另一个步骤涉及将多个结构化固定床堆叠在第二外室内，或在多个结构化固定床之间设置带孔支架。在任何实施例中，所述方法可以包括将搅拌器悬挂在底座部分上面的步骤，允许左右运动，与外部驱动一致。
本发明的另一个方面是一种制造生物反应器的方法，包括在生物反应器内设置多个结构化固定床。所述方法可以进一步包括在所述多个结构化固定床之间设置多孔间隔器的步骤。所述方法可以进一步包括沿每个结构化固定床内侧设置内管及沿每个结构化固定床外侧设置外管的步骤。此外，所述方法可以包括设置径向位于外管外面的外壳的步骤，所述外壳建立绝缘、加热或冷却生物反应器的空间。
附图说明
本发明的新特征特别在所附权利要求书中给出。参考阐明本发明原理的说明性实施例中给出的下述详细说明及下述附图，可以更好地理解本发明的特征和优点。
图1是本发明生物反应器第一个实施例的透视图。
图2、2A和2B阐明了图1生物反应器的可能使用环境。
图3是图1生物反应器的透视图，包括几个放大图。
图3A、3B和3C阐明了基体材料，这些材料用于在任何公开生物反应器内形成细胞培养的结构化固定床。
图4阐明了图1生物反应器的模块化形式。
图5是本发明生物反应器第二个实施例的截面图。
图6是图5生物反应器底座部分的截面图。
图7是图5生物反应器中间部件的部分剖视顶视图。
图8是图5生物反应器中间部件的部分剖视底视图。
图9是图5生物反应器盖子部分的透视图。
图10是在塑料端口内设置金属螺纹方式的截面图。
图11、11A和11B是本发明生物反应器第三个实施例的各种视图。
图12是图11生物反应的截面图。
图13是图11生物反应器的截面图。
图14是本发明生物反应器第四个实施例的截面图。
图15是图14生物反应器一部分的部分剖视图。
图16是图14生物反应器一部分的部分剖视图。
图16A、16B和16C是图14生物反应器其它实施例的截面图。
图17和18是本发明生物反应器第五个实施例的示意图。
图19和20是一个叶轮实施例的底视图和顶视图。
图21是叶轮和相关外壳的各种形式。
图22是本发明另一个叶轮的顶视图。
图23和24阐明了流动***的一个实施例。
图25和26阐明了使用管道供应气体给生物反应器“瀑布”下面的部分。
图27和28阐明了与生物反应器连接使用的探头实施例。
图29和30是生物反应器试验图。
图31和32阐明了评价堆叠配置内结构化固定床细胞密度的生物反应器试验图。
图33、34、35、36、37和38示意性地阐明了本发明模块化生物反应器的制造方法。
具体实施方式
生物反应器经常用于培养细胞。典型的生物反应器以固定的尺寸(特别是高度)制造，因此，将其运输到需要细胞培养的偏远地方(特别是发展中国家)难度非常大，而且费用高昂。这种固定性质还阻碍了将旧生物反应器改造用于各种用途。
另一个问题涉及最大程度提高给定面积细胞密度的能力。许多以前的生物反应器方案采用流化床。虽然这些流化床在促进细胞生长方面不错，并且具有一些优点，但是，建立这样的流化床要求生物反应器内的空间体积较大。采用非结构化或流化床对生物反应器进行放大很容易，但是，实现所要求的细胞生长非常具有挑战性，而且，目前需要一种可在本领域各种操作条件下使用的生物反应器(包括，例如，在其中空间可能有限的无菌罩内)。
因此，需要一种改进的生物反应器，其运输和组装简单，特别是在偏远地区，与/或容易适用于各种规模或配置，或用于不同的应用或用途。在本发明的一些实施例中，本发明涉及制备生物制品的***和方法。特别是，制备细胞、病毒或细胞-或病毒衍生产品。
在一些实施例中，此处公开的生物反应器允许高密度细胞生长。例如，密度是至少200万个细胞/毫升，至少500万个细胞/毫升，至少1000万个细胞/毫升，至少2000万个细胞/毫升，至少4000万个细胞/毫升，至少6000万个细胞/毫升，或至少1亿个细胞/毫升。在一些实施例中，密度可以达到3亿、2.5亿或2亿个细胞/毫升。在一些实施例中，此处公开的生物反应器的总体积是至少1L，至少10L，至少30L，至少40L，或至少50L。在一些实施例中，生物反应器的总体积可以是至多2500L，至多200L，至多150L，至多100L，或至多75L。生物反应器的总体积可以参考生物反应器中可以引入加满的总液体体积。
在一些实施例中，生物反应器可以是灌注生物反应器、波浪生物反应器、圆柱形生物反应器、袋式生物反应器、移动床生物反应器、填充床生物反应器、纤维生物反应器、膜生物反应器、间歇生物反应器或连续生物反应器。在一些实施例中，生物反应器可以采用合适的材料制造或包括合适的材料，例如，不锈钢、玻璃、铝或塑料。在一些实施例中，生物反应器允许下游分析产品。在一些实施例中，此处所述生物反应器可以与一个或多个灭活装置连接，使制备的产品(例如，病毒)灭活，及与浓缩器，或提纯装置连接。在一些实施例中，浓缩器是适合减少目标生物分子液体体积的装置。在一些实施例中，浓缩器包括切向流过滤器或死端过滤器。在一些实施例中，浓缩器基于过滤与/或体积排阻色谱。在一些实施例中，所述浓缩器是过滤装置、微滤装置，或超滤装置或微滤和超滤装置的组合。在一些实施例中，此处所述提纯装置可以包括过滤装置、超滤装置、透滤装置、pH调节装置、离心装置、洗涤装置、层析柱(例如，亲和层析、离子交换层析、疏水作用色谱、体积排阻色谱或免疫-亲和层析)、色谱膜、收获装置、透析装置、浓缩装置或它们的任何组合。
可以通过盖子或门进入此处所述的生物反应器。在一些实施例中，生物反应器的进入机制可以包括，例如，锁和钥匙机制、密码、凸模压板、刷卡机、应答器阅读器、指纹扫描仪、视网膜扫描仪、传感器、自动识别和数据采集方法(如射频识别(RFID))、生物测量方法(如虹膜和面部识别***)、磁条、光学字符识别(OCR)、智能卡和声音识别，或任何其它进入机制。
在一些实施例中，此处公开的生物反应器可以包括一种过程控制器。在一些实施例中，过程控制器经配置控制生物反应器的操作，可以包括多个传感器、本地计算机、本地服务器、远程计算机、远程服务器或网络。在一些实施例中，生物反应器可以包括一个或多个传感器，例如，温度传感器(如热电偶)、流量传感器、气体传感器或任何其它传感器。在一些实施例中，过程控制器可以操作控制产品生产工艺的各个方面，可以与生物反应器内的传感器连接，例如，用于实时控制生物反应器的温度、体积流量或气体流量。在一些实施例中，过程控制器可以包括显示器，例如，计算机显示器、智能电话app、平板app或用户可以访问确定***状态的类似显示器。在一些实施例中，过程控制器可以包括输入，例如，键盘、键座、鼠标或触摸屏，允许用户输入控制参数，控制生物反应器的操作。在一些实施例中，过程控制器可以控制生物反应器的进入。
在一些实施例中，此处公开的生物反应器可以包括与/或包含监控不同参数的传感器。在一些实施例中，此处公开的传感器可以位于生物反应器的任何室内。在一些实施例中，传感器可以是气体传感器(如氧气、氮气或二氧化碳)、pH传感器、温度传感器、细胞密度传感器或溶解氧传感器。在一些实施例中，传感器可以测定生物量或细胞密度、溶解氧分压、氧含量、ρΤ1值、温度、营养物的浓度(如乳酸盐、铵、碳酸盐、葡萄糖或任何可以，例如，反映细胞密度的代谢产物或被代谢产品)等等。在一些实施例中，细胞密度(生物量密度)可以采用测定电极，通过电阻抗分析或电阻抗光谱测定。在一些实施例中，本发明的生物反应器可以包括测定培养参数的传感器。在一些实施例中，传感器可以与生物反应器内的培养基接触。在一些实施例中，培养参数可以包括溶解氧分压、pH、温度、光密度、营养物的浓度(如乳酸盐、铵、碳酸盐、葡萄糖或任何可以，例如，反映细胞密度的代谢产物或被代谢产品)等等。在一些实施例中，生物反应器可以根据公开的参数采用调节回路。在一些实施例中，调节回路可以，例如，根据溶解氧分压值或细胞消耗的溶解氧数量，调节加入的氧气量；调节培养基的循环速度；根据传感器得到的pH值调节加入CO2或这种培养类型中通常使用的其它调节类型。在一些实施例中，细胞可以暴露于浓度300μM或更低(160mmHg分压)，小于200μM，或20至150μM的溶解氧。在一些实施例中，细胞可以暴露于大约0％、1％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、78％、80％、90％或100％氮气与/或大约0％、1％、5％、10％、21％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或100％氧气。在一些实施例中，细胞可以暴露于纯氧或富氧气氛。
在一些实施例中，生物反应器可以包括设计用于加热与/或冷却培养基的加热与/或冷却装置。在一些实施例中，加热装置可以是电气元件、通电线圈或细胞培养领域通常使用的其它任何加热装置，例如，恒温控制双夹套。在一些实施例中，冷却装置可以是任何合适的冷却装置，例如，珀尔帖元件。在一些实施例中，关于培养基和气体，生物反应器包括至少一个入口用于引入气体与/或培养基及至少一个出口，用于采集生物反应器内的培养基。在一些实施例中，气体混合或气体混合物及培养基可以通过同一供应管道供应。
在一些实施例中，培养基可以通过搅拌器循环。在一些实施例中，搅拌器可以是旋转的、非接触式磁性叶轮、叶片或螺旋搅拌***，或外部循环***。在一些实施例中，搅拌器可以包括圆盘叶片涡轮机、弯曲叶片涡轮机、开式叶片液膜轴向叶轮、斜叶透平叶轮或三叶螺旋桨。在一些实施例中，搅拌器的流速小于大约0.01l/min，0.05l/min,0.1l/min,0.5l/min,1l/min,2l/min,5l/min,10l/min,15l/min,20l/min,50l/min,100l/min,或150l/min至大于160l/min,180l/min,200l/min或250l/min。
在一些实施例中，生物反应器包括固定床。在一些实施例中，固定床是结构化固定床(这指的是其采用容易复制，通常同质的、基本上固定的结构形成，因此并非随机定向或非结构化的，而且，正如可以理解的那样，可以采用各种规格或形状，同时满足这种条件)。在一些实施例中，此处所述结构化固定床可以在较小的体积内提供较大的细胞生长表面，同时仍然允许培养基和细胞循环。在一些实施例中，结构化固定床可以包括细胞和细胞培养基的曲折路径。在一些实施例中，间隔层促进曲折路径。在一些实施例中，结构化固定床可以包括一层或多层细胞固定层，其表面允许细胞粘附，并在其上生长，形成细胞固定区。在一些实施例中，细胞固定层附近是一个或多个间隔层。在一些实施例中，间隔层可以包括构成间隔区的结构。在一些实施例中，间隔区允许细胞和培养基通道通过开孔但不允许通过曲折路径。在一些实施例中，可以选择间隔层的结构或性质，从而间隔层为细胞和培养基移动建立一条与间隔器及细胞固定层表面平行的曲折的开放路径。在一些实施例中，间隔区形成的曲折路径或通道建立湍流，促进细胞和细胞培养基进入到固定层。
在一些实施例中，间隔层可以是网或包括网状结构。在一些实施例中，网状结构或网可以是包括丝、线或纤维的网或网类方式。在一些实施例中，网可以定义三维织物形成的孔、开孔或穿孔。在一些实施例中，间隔区和固定区的间隔层与/或细胞固定层可以采用生物相容的聚合物制造，例如，聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、等离子处理聚乙烯、等离子处理聚酯、等离子处理聚丙烯或等离子处理聚酰胺。在一些实施例中，间隔层或细胞固定层可以包括二氧化硅、聚苯乙烯、琼脂糖、苯乙烯二乙烯基苯、聚丙烯腈或乳胶。在一些实施例中，这些层可以是亲水性或疏水性。在一些实施例中，细胞固定层可以是亲水性的。在一些实施例中，细胞固定层可以是织物或非织物。在一些实施例中，细胞固定区和间隔区可以交错布置。在一些实施例中，交错布置区可以在垂直位置或水平位置交错布置。在一些实施例中，细胞固定层的一层或多层可以叠加在一层或多层间隔层上(或反过来)。在一些实施例中，结构化固定床可以紧密地或松散地绕到结构，如螺旋结构或可变形状。
现在，参考图1-3，这些图说明了根据本发明一个方面，提供的细胞培养生物反应器100的一个实施例。在一些实施例中，生物反应器100包括构成内室的外壳或壳112及盖住内室的可取下盖子114，盖子114可以包括带可取下盖或帽C的各种开孔或端口P，用于选择性引入或移出流体、气体(包括通过分布器)、探头、传感器、取样器等。如图2、2A和2B所示，在一些实施例中，生物反应器100可以与外部储罐102和管道104连接(例如，向前和返回)，形成连续回路，用于将流体循环到生物反应器100。
在生物反应器外壳112形成的内室中，配备几个隔室或室，用于将流体或气体输送通过整个生物反应器。如图3所示，在一些实施例中，所述室可以包括位于生物反应器100底座或底座附近的第一室116。在一些实施例中，第一室116可以包括一个搅拌器，用于引起生物反应器100内的流体流动。在一些实施例中，搅拌器可以是“***式”可旋转、非接触式磁性叶轮118(正如下文所阐述的那样，其可以放置或盛放在容器(未画出)内，该容器包括多个允许流体出入的开孔)。在一些实施例中，由于提供的搅拌，流体可以沿生物反应器100外面或***部分向上流动(如图2箭头所示)到环形室120内。在一些实施例中，生物反应器适用于接收固定床，如结构化螺旋床122，该床使用中可以包含或保留生长的细胞。如图3所示，在一些实施例中，螺旋床122可以是筒形，在使用时***到或放到室120内。在一些实施例中，螺旋床122可以在工厂制造期间或运输之前预先安装在室内。
在一些实施例中，离开室120的流体在床122的一侧(上侧)通过室124，在此处，流体暴露于气体(如氧气或氮气)。在一些实施例中，然后，流体可以径向向内流动到中心回流室126。在一些实施例中，中心回流室性质上可以是圆柱形，可以通过无孔管或管道128形成或通过结构化螺旋床的中心开孔形成。在一些实施例中，室126将流体返回到第一室116(回流箭头R)，循环通过生物反应器100，从而形成连续回路(在此处是“由下至上”)。在一些实施例中，还配备传感器，例如，温度探头或传感器T，用于探测室126内流体的温度。在一些实施例中，还在流体进入(或重新进入)室116之前的地方，配备其它传感器(例如，pH、氧气、溶解氧、温度)。
图3A示出了基体材料的一个实施例，其用于本发明生物反应器的结构化固定床，特别是螺旋床122。在一些实施例中，在网状结构制造的一层或多层间隔层122b附近，配备一层或多层固定层122a。在一些实施例中，这种分层可以任选重复几次，以实现堆叠或分层配置。在一些实施例中，间隔层122b中包含的网状结构构成细胞的曲折路径(参见图3B中固定层122a材料中悬浮或捕获的细胞L)，细胞培养基可以构成此处任何发明的一部分)，当两个固定层122a之间分层时，流体流动。由于这种类型的布置，结构化固定床内维持了细胞的均匀性。在一些实施例中，可以采用构成所述曲折路径的其它间隔结构。在一些实施例中，如图3A所示，结构化固定床可以随后沿轴或芯(例如，管道128，可以配备在多个部件中)螺旋或同轴卷绕。在一些实施例中，结构化固定床的各层紧紧地缠绕。在一些实施例中，芯的直径、层的长度与/或数量将最终定义组件或基体的规格。在一些实施例中，层122a、122b每层的厚度可以是0.1至5mm，0.01至10mm，或0.001至15mm。
根据本发明的一个方面，某些实施例中的生物反应器100可以是“模块化”的。在一些实施例中，模块化生物反应器可以包括多个离散模块，它们一起相互作用，建立一个适合培养细胞的空间，由于各模块的制造均匀性，因此，细胞培养方式具有高度预测性。在一些实施例中，模块化生物反应器并不限于具体的形状或形式(例如，圆柱形或者其它形状，根据应用，具有结构化固定床或非结构化床)。例如，如图4所示。在一些实施例中，模块可以包括由底部模块130构成的底座部分，由中间模块140(可由多个可堆叠的模块部分构成，正如下面进一步描述的那样)构成的中间部分，任选相关中心模块，如导管或管道128，也被认为是中间模块的一部分，及盖子模块，如盖子或可取下盖114形式的盖子部分形成的盖子模块。在一些实施例中，这些模块可以是作为独立部件独立制造的，根据指定应用在生产设施处组装(然后运输到使用地点)或根据指定应用在终端使用地点组装。在一些实施例中，生物反应器100的模块相互作用，建立一个用于生长细胞的地方，如采用固定床，如结构化或非结构化固定床以高密度方式生长细胞。
本发明生物反应器200的另一个实施例如图5-9所示。在一些实施例中，生物反应器(模块化或以单一装置预组装)可以包括底座、中间部分和盖子。在一些实施例中，底座部分可以包括底部部件230。在一些实施例中，中间部分可以包括中间部件250与/或270。在一些实施例中，中间部件250和270不同。在一些实施例中，盖子部分可以包括盖子部件280。参考图6，在一些实施例中，底部部件230可以包括外壁232和内壁234，它们定义一个用于接收搅拌器(未画出)的第一室216。在一些实施例中，内壁234可以包括开孔234a，用于允许流体流流动到由外部或外壁232限制的第二径向外的室220内。
正如图6中可以看出的那样，在一些实施例中，内壁234可以包括多个连接器，如槽236，用于接合第一中间部件250上相应的连接器，如榫舌250a，如图8所示。在一些实施例中，内壁234的高度可以比外壁232低/高。在一些实施例中，内壁234的高度可以比外壁232低,正如图8中可以看出的那样。参考图5，在一些实施例中，第一中间部件250可以至少部分凹进底部部件230内。
在一些实施例中，底部部件230可以包括***连接器，如槽237。在一些实施例中，连接器或槽237可以适用于接收第二中间部件270的相应连接器，其可以仅仅是其外壁262的一部分。在一些实施例中，中间部件270内可以有多个固定床274放在第三室224内(但可以使用单个整体固定床，在这个实施例或任何公开实施例中可以采用任何尺寸、形状或形式)，可以由***的支架支承，但固定床相邻部分之间也还要提供空隙G。空隙还可以省略，从而上床放在下床上并由下床支承。
在一些实施例中，结构化固定床可以是螺旋形式，如图3、3A、3B和3C所示(螺旋形式可以在公开的或其它生物反应器的任何实施例中实施)。在螺旋床时，该床可以被内壁266环绕，形成第五室228，用于将流体返回到底部部件230中的第一室216。内壁266可以包括多个堆叠的管状部件，如图所示。在一些实施例中，多个堆叠的管状部件允许根据固定床的数量调节高度(例如，每个堆叠床设置一管状部件)。
在一些实施例中，盖子部件280，或盖子可以适用于与第二中间部件270可拆卸地连接，从而形成液体与气体(如空气)相遇的第四室226。在一些实施例中，盖子部件和第二中间部件之间的连接通过连接器完成，如槽282，连接器接收外壁262的上端或此处公开的任何进入机制。盖子或盖子部件280可以包括各种端口P。
回到图7和图8，图中示出了中间部件250的其它细节。在一些实施例中，部件250可以包括多个径向延伸的支架254，当结构化固定床在邻近第三室内放在支架254上时对其进行支承。在一些实施例中，支架254还支承下面架子256，该架子256定义了一个部分开孔O，用于允许流体垂直流动。在一些实施例中，支架254的高度H足够允许流体在进入室224内之前达到足够向上的速度，通过固定床274的全部部分。
在一些实施例中，内部环形壁258可以与支架254的内侧端连接。在一些实施例中，壁258的直径与中间部件270的内壁266的直径对应，后者也可以与其连接(例如，通过套入)。在一些实施例中，内壁266可以构成将流体从第五室228输送到第一室216的通道。在一些实施例中，可以在此通道中设置流动***260，帮助阻止在第五室228内形成任何涡流。
在一些实施例中，可能希望在盖子部件280上设置一个或多个具有内螺纹的端口P，以建立与部件，如传感器(未画出)的螺纹连接。因此，根据本发明的另一个方面，参考图9和图10，盖子部件280可以通过在注塑模具294内设置带螺旋螺纹的金属插件292，然后，在模具内加入塑料材料而形成一个复合部件形成。在一些实施例中，可以在盖子部件280内可靠地提供螺纹，否则可能由塑料形成。正如可以理解的那样，公开生物反应器需要螺纹配合或端口的任何其它部件也可以采用这种技术。在一些实施例中，这种技术中使用的插件可由德国Wilhelm
Figure BDA0002642036840000101
GmbH&Co.KG of Bielefeld公司获得，品牌是IMTEC。
从图5中，在一些实施例中，可以了解的是，细胞培养室224中从一个固定床模块至下一个相邻固定床模块的流动可以是直接的或未中断的。在一些实施例中，外室224可以建立通过其内多个床的连续流动路径，这些床可以是结构化固定床、非结构化固定床或非结构化床。在一些实施例中，连续且基本上无阻碍地流过预先设计和匹配的床模块有助于促进细胞生长和其它处理的均匀性，提高细胞培养操作的一致性，还促进从堆叠床开展测定和取样的能力，如果存在分块的话，这样做可能并不容易(与带孔支架相反，正如下面讨论的那样)。最后，在结构化床实施例中，由于将一个固定床模块和其它固定床模块的性质和特点匹配的工作量极大地减少，因此，总体生物反应器的制造甚至更不复杂，且工作量更少。
现在，参考图11和图12，它们示意性地阐明了生物反应器300的第三个实施例，为了清楚起见，以截面图示出。在一些实施例中，生物反应器300(是否模块化或否则预组装为单个装置)包括带盖333的外壳331，它们中的任一个都可以包括各种开孔或端口，允许流体引入或移出。在一些实施例中，在生物反应器外壳331内，设置几个隔室或室，包括第一室316，其包含搅拌器，用于使流体在生物反应器300内流动，其可以是“***式”可旋转、非接触式磁性叶轮318或此处公开的搅拌器。如图11A所示，在一些实施例中，叶轮318可以是放在、装在或盛放在外壳内，例如，外壳或容器318a，其包括多个开孔318b，作为流体引入和释放的入口和出口(但可以使用任何其它形式的搅拌器)。在一些实施例中，建立的搅拌可以是，导致流体流到径向位于第一室316外部的第二或外部环形室320内。
在一些实施例中，然后，流体可以沿生物反应器300中间、外部向上流动(如图12箭头所示)到第三环形室324内。在一些实施例中，外部适用于接收固定床(如结构化螺旋床325，但可以使用其它形式)，该床使用中可以包含生长的细胞。在一些实施例中，螺旋床325可以是筒形，在使用时简单地***到室324内，或可以是在工厂制造期间在运输之前预安装在室内。
在一些实施例中，然后，离开第三室324的流体可以通过第四室326，在这里，流体暴露于气体(如空气)，然后，径向朝内流动到性质上呈柱状的第五室328，并将流体返回到第一室316，循环通过生物反应器310，从而形成连续回路。在一些实施例中，还可以设置温度探头或传感器T，或此处公开的任何其它传感器，用于探测参数，例如，直接第五室内流体的温度，在此位置(流体进入(或重新进入)固定床325之前)还可以设置其它传感器(例如，pH或溶解氧)。
从图11B的部分剖视图可以了解的是，第三室324可以被上板和下板330、332限制，板上包括开孔或穿孔，允许通常不含细胞的流体进入和离开固定床325。在一些实施例中，下板332可以包括中心孔332a，允许流体从第五室328输送到第一室316循环。在一些实施例中，上板330可以包括开孔330a，流体进入开孔330a，流动到第五室或回流室328。
在一些实施例中，可以通过空心、通常呈圆柱形的管334提供上板330的支架，但可以采用其它形状。在一些实施例中，这种管334的相对端可以配合到板330、332相应的槽330b、332b内(在一些情况下，在所示实施例中，下板332可以与叶轮外壳或容器318a一体)。在一些实施例中，可以布置支架，如通常直立的杆336，为板330提供附加支承。在一些实施例中，所公开的直立杆336并不以任何明显的方式干扰相应室328内流体的流动。在一些实施例中，杆336的两端可以凹进板330，332内，或通过合适的紧固件或锁紧机制(例如，锁紧连接、螺栓或粘合剂)固定。
从图12和图上提供的作用箭头可以了解的是，由于流体搅拌，在一些实施例中，流体可以从室316向外流动到室320内。在一些实施例中，然后，流体被重新引导垂直通过包括固定床的室324，并流入到室328内。在一些实施例中，然后，流体向内被引导到室328，在这里，流体可以通过开孔332a返回到第一室316。在一些实施例中，流体指的是培养基。
图13进一步阐明了一种布置，其中在一些实施例中，上板330配备***开孔330c，允许流体沿管334形成的内壁直接流动。通过这种方式，可以形成薄层流体或流体薄膜，向下流动，同时，通过第五室328。在一些实施例中，这样可以在流体返回到第一室316之前，增加第五室328内暴露于气体(空气)的流体体积。在一些实施例中，这种实施允许输送更多氧，更大规格或提高细胞生长速率可能需要更多氧，根据生产的生物，调节过程参数。
在一些实施例中，通过从开始加入有限数量的细胞培养基，从而仅形成小溢流，实现流体膜“瀑布”实施。或者，在一些实施例中，通过加入细胞培养基和细胞，然后，当细胞在床内生长时，撤走相应室，如室328中的培养基(如采用浸入管)实现“瀑布”实施。
在一些实施例中，参考图14-16，描述了生物反应器400的第四实施例。在此实施例中，生物反应器400包括前面提到的第一至第五室416、420、424、426和428(固定床未示出)，但外壳412包括多个模块化部件。在一些实施例中，这些部件包括底部部件430，一个或多个中间部件450，及盖子部件470。在一些实施例中，部件430、450、470可以适用于以流体-密封方式相互作用，从而形成配备所述416、420、424、426和428室的生物反应器400。
在一些实施例中，及正如也许从图14中很好地了解的那样，部件430可以包括***连接器(图中以槽432的形式示出)，用于接收和接合从其中一个中间部件450凸出的相应的***连接器，如榫舌452。在一些实施例中，在内部，底部部件430可以包括直立壁434，其定义接收流体搅拌器(未画出)的第一室416。在一些实施例中，壁434可以包括开孔或通道，允许流体径向流动到底部部件430的外部，底部部件430定义了另一个或第二室420。在一些实施例中，由于底部部件430的存在，流动被重新垂直引导，形成湍流，促进整个生物反应器内的流体混合和均匀性，从而增强细胞培养过程。
两个中间部件450a、450b堆叠示出，第一(下面)部件450a的***连接器(槽454)与第二(上面)部件450b的相应连接器(榫舌452)接合。正如从图14可以了解的那样，在一些实施例中，每个中间部件450a、450b可以包括分别支承榫舌452和槽454的外侧壁456。在一些实施例中，径向向内，内壁458容纳内部和外部连接器，这些连接器可以是直立突出物形式460、462，可以设置用于接收管436的相应端，从而形成第五室或回流室428的***。
在一些实施例中，第一中间部件或下面中间部件450a还可以包括开孔，如加长弓形槽464，其至少部分接收底部部件430的连接器，如从壁434突出的直立突起434a。在一些实施例中，内部突出物466可以在中间部件450a、450b内形成中心开孔466a，用于允许流体在壁434定义的内部柱中流动，以及用于接收任何温度传感器、浸管等(位于流体离开固定床之后)。在一些实施例中，第二中间部件450b可以以类似方式构建，从而促进互换性，其中如前所述，第二中间部件或上面中间部件450b的开孔(槽464)允许在第五室或回流室428内建立流体薄层下降流动或降膜流动。
在一些实施例中，多个支架468在内壁和外壁456、458之间延伸。在一些实施例中，支架468包括径向延伸支架468a和至少一个周向延伸支架468b，它们一起建立多孔或网状板类结构，允许流体流动(此实施例或任何实施例中的所述支架可以包括筛、网、格栅或其它骨架结构，可以是刚性的、半刚性的或挠性的)。实际上，通过最大限度地提高允许流体通过的开孔建立的开放空间的数量，支架468可以设计用于增强通过各床的流体流动。在一些实施例中，为了培养细胞，在部件450a、450b之间形成的室424内，可以安装缠绕壁434的固定床，如螺旋床(未画出)。在一些实施例中，流体从上部中间部件450b通过，可以进入盖子部件470部分定义的第四室426，而且可以在回到第一室416循环前，流到第五室428形成的柱内。
在一些实施例中，盖子部件470包括连接器，如榫舌472，用于组装到第二中间部件450b的相应连接器(槽454)内。在一些实施例中，盖子部件470还可以包括第一或中心接收器，如直立壁474，用于接收可取下帽或盖476，帽或盖476可以包括各种端口P，用于连接管道，输送流体或其它物质到生物反应器400(或第五室428)内。在一些实施例中，帽或盖476还可以配备温度传感器或探头T，如图所示，以及其它传感器，还可以适用于提供向生物反应器400加入物质或从生物反应器400中取出物质，或用于调节产品生产工艺。正如可以理解的那样，在一些实施例中，帽或盖476可以很好地定位，用于与室428回流连接的探测或流体取样。在一些实施例中，第二***接收器，如直立壁477，也可以适用于连接第二帽或盖478，用于接收传感器或向生物反应器和，特别是，其***部分，包括其中完成细胞培养的第三室426加入物质或撤出物质(包括培养样品)。在一些实施例中，帽或盖476、478可以具有不同类型的端口P，可以是不同尺寸/形状，或它们可以是相同的，从而促进互换性。
比较图14和图5，还可以了解的是，帽或盖476、478可以与不同尺寸的生物反应器连接使用。因此，在图14中，可以了解的是，帽或盖476、478的外径远小于生物反应器400的外径。在一些实施例中，帽或盖476、478还可以与图5的生物反应器300(或任何其它生物反应器)一起使用，其外径与生物反应器300的外径大致相同或也许甚至略大。
在一些实施例中，连接处可以采用粘合剂或胶将这些结构固定在一起。在一些实施例中，还可以使用螺纹或锁紧(如卡销方式)连接，从而维持流体密封，避免泄漏，并有助于确保维持无菌性。在一些实施例中，模块化部件430、450、470的布置允许生物反应器400可以在现场迅速预组装、组装或制造，而且拆卸可以同样迅速。由于可能很容易加入其它管道构成加增高的壁434或中间部件450，因此，可以根据应用，调节固定床的数量或生物反应器400的高度，以适合特定的需求或工艺设置。
在一些实施例中，从室内一个固定床至下一个相邻固定床的流动是直接的或未中断的。在一些实施例中，接收床的外室424可以建立通过其内多个床的连续流动路径，这些床可以是结构化固定床、非结构化固定床或其它床。在一些实施例中，连续和基本上无阻碍流动有助于促进均匀性，就好像这些模块实际上是一个床一样，从而改善细胞培养工艺的预测性和质量。均匀性指的是整个床中细胞分布是均匀的或具有某种程度上相等的分布。
图16阐明了中间部件450的替代实施例，其可以适用于位于底部部件430的上面。在一些实施例中，在中心开孔466a中设置多个径向延伸的支架466b，其与环形式的内部连接器466d连接。在一些实施例中，环466d的尺寸可以设计，用于接收部分承载器480，承载器480用于容纳搅拌器(未画出)，从而将其悬挂在底部部件430底部上面。在一些实施例中，根据结构，避免了转动期间因叶轮和底部部件底部之间的摩擦接触而导致的摩擦和伴随的颗粒脱落。
如图中所示，在一些实施例中，承载器480可以包括一对压缩夹482，其可以被挤压到一起，通过环466d的开孔，然后释放，安全地将承载器从中间部件450悬挂，同时允许相对运动，允许承载器自由转动。在一些实施例中，承载器480可以包括座484，在截面图中以C-形状示出，接收搅拌器相应的部分，如叶轮(未画出)或也许只是加长磁棒或铁磁棒(未画出)。在一些实施例中，这个部分可以包括通过轴承与搅拌器转动连接的向上延伸突起。正如可以了解的是，在一些实施例中，座484允许搅拌器左右移动，正如实现与生物反应器400外面，例如，底部部件430下面相应外部或非接触(例如，磁力)驱动D一致必须的那样。
图16A和16B还阐明了包括固定床496的模块化生物反应器400的一个替代实施例。在一些实施例中，底部部件430和盖子部件470可以适用于连接外部外壳492，与中间部件450的***建立空隙或空间。在一些实施例中，间隙G或空间可以用于提供加热或冷却效果，控制与中间部件450相连的床的温度。间隙G或空间还可以仅仅是提供生物反应器中间区域各壁的绝缘，这些区域接近床中生长细胞，可能对温度变动敏感。这种绝缘的作用是避免热量从生物反应器底部部件430，向上延伸施加到床496中粘附的细胞。
图16A还阐明了生物反应器中可能使用鼓泡，所述鼓泡可以在任何公开实施例中提供。在所示布置中，鼓泡由位于第五室428内的气体分布器提供。产生的气泡因而向上流动，与回流流体流逆流。
这些图，以及最好是图16B，还示出了中间部件450可能与内管436接合，内管436是流体无法渗透的，从而形成将流动返回到底部部件430的室428，在此室内，可以搅拌，并从下面返回进入床，向上流动通过床(任何实施例中)。这些管436可以这样提供：使一根管道与每个存在的固定床496相对应，如图所示，两个中间部件450与每根管道436接合(例如，一个从下面接合和一个从上面接合)。但是，在此实施例或任何其它公开实施例中，应该了解的是，固定床最内部的表面，如螺旋床最内部的螺旋缠绕，可以通过将其制造为或调节其从而对流体不渗透，执行类似的功能。例如，表面可以涂布流体不渗透的或疏水性材料，从而仍然保留流体在床中，保持流体明显的回流通过室428形成的中心柱。
图16C还阐明了生物反应器400的一个实施例，包括中间部件450a、450b，夹在中间的固定床496，如前面所述，固定床496可以是结构化螺旋床。还提供底部部件430和盖子部件470，并与外壳492相连接，建立环形空间或间隙，该环形空间或间隙再一次可以绝缘或与加热或冷却手段相关联。在此实施例或任何其它实施例中，外壳492可以仅仅是建立缓冲或空间(填满空气或其它气体)。这可能使生物反应器400的温度调节更有效(例如，更快)及进一步允许其被灌注与/或在培养基循环中使用，对培养基预加热方面的要求更低。
该图还阐明了搅拌器418a的外壳418。外壳418可以是图21所示形式中的任何一种形式，因此，可以包括流动分配器418d。还示出了管436的内部分区，用于部分形成中心柱(即，图16A所示回流室428)。还示出了外部分区，还可以是圆柱形结构或管道496，与部件450a、450b可拆卸地互连(可以采用粘合剂或其它形式的粘合粘住)，但是，还可以是它们中的一个或两个的整体结构。
图17和18示出了生物反应器500的一个实例，包括一个或多个固定床，如所示实例中两个垂直堆叠的结构化固定床518a，518b。在一些实施例中，床518a，518b可以布置在生物反应器500的外室512a中，可以是图1-3所示的螺旋床。在一些实施例中，内室512b还可以提供循环流体出入固定床。在一些实施例中，流体可以通过相关搅拌器导致流动，如位于生物反应器500下室512c中的叶轮520。在一些实施例中，流体在固定床中的流动可以是垂直方向，如从上至下或从下至上。在一些实施例中，内室512b中可配备结构化固定床，外室512a用于将流体输送进出该内室。
现在，参考图19和20，在一些实施例中，在上面描述的任何实施例中，可以使用叶轮600形式的搅拌器。在一些实施例中，叶轮600可以包括磁铁602，其可以***到具有径向延伸叶片606的本体604(机加工或注射成型)内，及一个开孔608，通过该开孔，可以***轴610或其它接收器。在一些实施例中，可以在磁铁602上面设置盖(未画出)，确保不与培养基接触，可以采用粘合剂或螺纹连接进行连接。在一些实施例中，当本体604实施例将注射(注射成型)时，磁铁602可以包覆成型。在一些实施例中，还可以3D打印该实施例，暂停3D打印，***磁铁，重新启动3D打印，形成叶轮600。在一些实施例中，叶轮本体604可以采用耐用的聚合物材料，如聚碳酸酯或其它合适材料制造。在一些实施例中，叶轮可以是机加工、注射成型、3D打印或制作或其它方式制造。相关接收器或轴610(如果存在的话)可以由聚丙烯或其它合适材料形成，可以是机加工、注射成型或3D打印制造。
图21以表格形式示出了叶轮600和不同容器618a的各种组合，并标出了相对效率。在一些实施例中，调节叶片B的径向伸长和改变容器618a出口O数量至超过4个(可能多达10-12个)，在转动速度相当时，就流体流动而言可以实现更高的效率。在一些实施例中，可以在容器618a入口I附近设置分配器，如具有X-形状截面的直立壁618d，用于分配流量。在图19右边的两个实施例中，还可以了解的是，还设置叶片V用于在流动离开容器618a时引导流动，如图所示，叶片可以具有不同的形状或宽度。
图22进一步示出了具有径向弯曲叶片B的叶轮的其它实例。在一些实施例中，叶轮650可以包括接收容器618a入口I流量的中心空间651，当与其一起使用时，叶片B从而重新引导流体向外通过出口O。图中所示叶轮650具有10个叶片，但是，根据需要或必需，叶片可以更多或更少。在一些实施例中，叶轮650还可以包括一个或多个磁铁(未画出)，如上所述，用于与外部驱动(未画出)形成非接触耦合。由于活细胞对机械力，如剪切非常敏感，因此，叶轮设计需要避免剪切，同时提供高效且优化的流体流动。叶轮650可以实现所述附加目标。
上述生物反应器100-500的任何部件可以制造为单次使用或一次性部件，或可以制造为重复使用部件。此外，使用的这些部件可以是一次性和可重复使用材料的混合或杂合。在一些实施例中，生物反应器100-500的直径是大约50-60cm。在一些实施例中，生物反应器100-500的直径或高度是大约超过5,10,15,20,25,30,35,40,45,50,60,70,80,90或100cm。在一些实施例中，与生物反应器400一起使用的盖子部件或盖476,478的直径是大约超过2,4,5,6,8,10,12,15,20,25,30或50cm。在一些实施例中，中间部件450a,450b的高度是大约2.5-5.0cm或更高。在一些实施例中，生物反应器的总体高度是大约20-50cm。在一些实施例中，生物反应器可以包括不止一个固定床。在一些实施例中，可以调节叶轮速度，以补偿压力降增加，从而维持反应器底部至顶部线性速度一致。此时，对所有规格的生物反应器来说，细胞上的剪切应力都可以保持恒定。在一些实施例中，还可以提供一个气体分布器。在一些实施例中，希望在鼓泡期间停止叶***作，避免将气泡输送到固定床内。
在一些实施例中，在模块化情况下，生物反应器100,200,300,400,500可以包括任何数量的部件，用于调节其相对高度。例如，可以采用多个中间部件，如部件450来增加高度。在一些实施例中，根据应用，生物反应器100,200,300,400,500还可以以多个不同的直径提供，每个直径可以包括一个或多个中间部件，建立不同的高度。在一些实施例中，固定床生长表面可以是<1m2-2m2,7-30m2,150-600m2,>2400m2，随生物反应器尺寸(高度或直径)不同而变化。正如所述，可以在堆叠配置中设置多个固定床，如一个、二个、三个、四个或更多个固定床。
在一些实施例中，在上述“瀑布”布置中，可能希望通过在流体进入内部或中心柱时提供湍流度而提高氧气输送(或kLa，体积质量-输送系数，描述给定操作条件设置时生物反应器的输氧效率)。为了实现这种结果，可以设置一个或多个流动***，用于中断层流，促使其变成湍流。图23和24示出了模块化生物反应器的其它可能改进，其中流动***或分配器可以作为中心柱上方环700上的直立突起702(从而形成冠)设置。其结果是，流体流以其他方式进入中心柱736，因为薄膜被突起702“破坏”，从而形成单股更湍急的流动，实现更好的氧气输送。在一些实施例中，离开固定床时，突起702可以破坏可能的旋转运动，确保流体流动与生物反应器中心对准。
参见图25和26，可以了解的是，得到的这些单股流动可以最终在由结构化固定床的内壁形成的中心柱内或柱状区重新汇合，导致湍流加大。此外，可以进一步了解的是，环700可以导致流动呈抛物型轨迹流入到柱内，在流动下面建立其中空气/氧气可能被截留的袋P。在一些实施例中，为了在袋P和中心柱上生物反应器内之间发生气体交换，可以设置一根或多根管道704。在图25中，示出了单根管道704，其从而形成了气体流入口。如图25所示，可以设置多根管道704a,704b，可以作为气体的入口与/或出口，从而其被更新。正如进一步所示，管道704可以与环700是一个整体，如图25所示，或者可以与环700分开，如图26所示。
现在，转向图27和28，图中示出了一次性(例如，塑料或聚合物)连接器800，用于连接探测生物反应器100,200,300,400,500各种条件的非一次性(例如，不锈钢)探头802。在一些实施例中，连接器800可以包括管道或套筒804，与帽或盖806一端相连，及另一端与适配器808相连，可以用于连接任何生物反应器100,200,300,400,500的任何壁或部分，例如，通过螺纹连接。在一些实施例中，光学传输部分，例如，与帽806连接的膜810，可以提供用于与探头802连接。
实例
下述实例用于阐明本发明的各实施例，并不是为了以任何方式限制本发明。提供的实例，以及此处描述的方法目前是示例性实施例的代表，并不作为本发明范围的限制。本领域技术人员可以想到的此处和其它使用的更种变化，都属于本发明权利要求书定义的本发明范围。下述实例用于阐明所述生物反应器的效果。
在曝气和搅拌条件下，通过给结构化固定床水合，按照图1，准备生物反应器(750mL培养基，确保～5cm降膜，740rpm(对应1cm s-1垂直线性速度通过固定床)，1小时水合时间)。将温度和pH设定在实验设定值(分别是37℃,7.2)，启动自动调节，实现培养基平衡。首先在非-调节、曝气条件(100％溶解氧(DO)设定值)下实现溶解氧校正，然后开始溶解氧调节(>50％)。一旦培养基达到设定操作温度，开展探头校正(在线和离线测定)。在搅拌条件下，以初始接种密度3.0×104个细胞cm-2将接种体手动转移到生物反应器内，通过撤出相应体积的平衡培养基，确保总液体体积保持不变。然后，立即开始培养参数记录(pH、DO、T)。按照图2，在接种后，连接外部培养基源，并循环通过生物反应器。
采用这种实验设定，以间歇模式开展为期3天的两次细胞培养(感染细胞密度＝1.9±0.2×105个细胞cm-2)。在第3天，以新鲜材料替代外部培养基，确保营养供应，开展为期6天的第三次细胞培养(感染细胞密度6.5×105个细胞cm-2)。采用腺病毒(储备：1.7×109ifu mL-1)，在设定目标感染细胞密度和固定感染复数(MOI)为5条件下，开展感染。在搅拌条件下，采用优化去污剂(TritonTM X-100；比利时奥纲赖泽Sigma Aldrich公司)加入用于原位大量细胞裂解，开展细胞培养基收获。总结如下。
Figure BDA0002642036840000171
在相关(温度、培养基组成、初始pH、顶空气体组成)同一操作条件下，在CELLSTACK生物反应器内开展对照贴壁培养。图29示出了本发明固定床生物反应器及其对照CELLSTACK生物反应器的细胞生长曲线。同一条件下，本发明结构化固定床生物反应器达到的细胞密度高于对照实验，在第3天和第6天更为明显(6.5×105vs.3.2×105个细胞cm-2)。为了在第6天实现高细胞密度，在CELLSTACK生物反应器中在第3天更换了85％的培养基，同时连接含4.2L新鲜培养基的外部瓶，并循环(10mL·min-1)通过该生物反应器，对应相同的培养基更换比。在细胞培养中以目标细胞密度开展感染。在感染3天后，观察所有待裂解细胞，决定采用去污剂处理回收产品时，开展观察。采用CELLSTACK生物反应器，在对照上开展同样的收获方案，生物反应器的数据在图30中示出。本发明的#2生物反应器开始以4.2L外部培养基循环回路操作，并在第3天感染(进一步的详细情况参见方法-感染后细胞密度未示出)。除在第3天外部培养基循环回路以新鲜培养基代替，从而允许进一步细胞生长之外，以#2生物反应器同样的方式启动本发明#1生物反应器。#2生物反应器在第2天感染，而#3生物反应器在第3天感染。误差棒代表TCID50分析检验测定的范围。本发明生物反应器和其对照的生产能力类似，两者的差别在检验的误差范围内。
开展进一步的实验，以证明生物反应器结构化固定床的效果，结果如图31和32所示。细胞培养条件如下：
·Vero细胞
·培养基5％血清–体积/表面积比：0.17ml/cm2
·接种5000c/cm2
·生长5天
·37℃–pH：7.2–溶解氧＝50％
·生物反应器搅拌速度：550rpm
·循环间歇模式，流速20ml/min
正如可以了解的那样，这些图表明，采用结构化固定床，特别是螺旋床或“蜗牛”床的生物反应器，其轴向和径向都实现了均匀的细胞生长。
现在，参考图33-37，公开了一种制造配备结构化固定床的模块化生物反应器的制造方法。首先转向图36，所述方法包括将管状部件1002与可能是前面所述螺旋床1004的结构化固定床连接。螺旋床1004可以通过将基体材料包裹或缠绕管状部件1002形成，管状部件1002固定到底座1006，例如，通过采用榫舌和槽布置，并粘附固定。这样形成了一级生物反应器前体1007。
接下来，也采用粘合剂，将上面部分1008固定到底座1006。这样达到了二级生物反应器前体1010，如图38所示，进一步表明了采用砝码1012确保部件适当就位，及采用紫外灯1014固化粘合剂。
参考图39，然后，可以在生物反应器前体1010上加上盖子1016，及安装任何探头或取样器1018。盖子1016可以与外壳1020相接，可以采用粘合剂粘在一起。砝码1012和紫外灯1014可再一次用于形成牢固的连接。
参考图41，可以了解的是，在安装盖子1016之前，可以通过安装多个一级生物反应器前体1007a,1007b到二级生物反应器前体1010上，实现堆叠配置。二级生物反应器前体1010的上面部分1008可以适用于接收部分相邻一级生物反应器前体1007a，例如，管道部件1002的依赖性部分。同样，一级生物反应器前体1007a的上面部分1008可以适用于和相邻二级生物反应器前体1007b类似相连。盖子和任何探头、取样器等可以如上文所述安装，生物反应器1000以这种方式配备多个堆叠床。
还设想了制造生物反应器的另一种方法。在此方法中，结构化固定床放在生物反应器的内隔室或内室内。如前所述，这些床可以接触，或采用间隔器(例如，网或类似结构)隔开或有间隙。
在任何实施例中，可以了解的是，生物反应器100,200,300,400,500的结构化固定床的整体式性质有助于促进整个细胞培养操作的一致性，从而促进均匀性。仅需将结构化固定床“***”到生物反应器内，使细胞培养过程很容易重复，结果具有非常高的重现性。与人们熟悉的采用悬浮床或流化床的生物反应器相比，这一点是非常大的优势。由于所述公开的布置，维持了整体的细胞培养均匀性(例如，特点包括温度、pH和其它试剂特点)。由于叶轮混合和流体流动，均匀性进一步得到了改善。由于细胞培养基在间隙内发生重新均化(重新混合)，因此，均化进一步得到了改善。甚至即使细胞培养穿过床层，并失去均匀性，但是，当培养通过间隙时，某种程度上又恢复了均匀性。
总之，本发明还被认为与下述项目有关：
1.一种与流体流连接的细胞培养装置，包括：
含细胞培养固定床的模块化生物反应器。
2.根据项目1所述的装置，其中所述模块化生物反应器包括：
具有第一室的底座部分；
中间部分，形成用于接收固定床的第二外室的至少一部分及用于将流体流从第二外室返回到第一室的第三内室的至少一部分；及
定位于中间部分上面的盖子部分。
3.根据项目1或2所述的装置，其中所述固定床包括结构化固定床。
4.根据前述任一项目所述的装置，其中所述中间部分包括管状部件，所述结构化固定床螺旋缠绕管状部件延伸。
5.根据前述任一项目所述的装置，其中所述中间部分包括固定床内壁形成的管状部件。
6.根据前述任一项目所述的装置，其中所述中间部分包括多个中间部件，每个中间部件都与结构化固定床相连。
7.根据前述任一项目所述的装置，其中多个中间部件中的至少一个部件打孔，允许流体从至少一个中间部件下面的第一结构化固定床流动到至少一个中间部件上面的第二结构化固定床。
8.根据前述任一项目所述的装置，其中多个中间部件中的每个部件都是管状的，每个结构化固定床都包括环绕所述管状中间部件的螺旋床。
9.根据前述任一项目所述的装置，进一步包括结构化固定床的带孔支架。
10.根据前述任一项目所述的装置，其中所述中间部分进一步包括管状外壳，用于形成模块化生物反应器的***，所述管状外壳形成用于加热、冷却或绝缘生物反应器的空间。
11.根据前述任一项目所述的装置，其中所述中间部分包括多个中间部件，每个中间部件都彼此相连。
12.根据前述任一项目所述的装置，其中所述中间部分包括一管道，用于与至少一个中间部件接合，形成接收固定床的第二外室的内壁。
13.根据前述任一项目所述的装置，其中所述管道与管道下面的第一中间部件及管道上面的第二中间部件接合。
14.根据前述任一项目所述的装置，其中所述第二中间部件包括用于沿第三内室建立流体膜的开孔。
15.根据前述任一项目所述的装置，进一步包括支架，用于从第一中间部件支承第二中间部件。
16.根据前述任一项目所述的装置，其中所述支架包括直立杆。
17.根据前述任一项目所述的装置，其中所述盖子部分包括含多个端口的可取下的盖子。
18.根据前述任一项目所述的装置，其中所述可取下的盖子的外径小于中间部分的外径。
19.根据前述任一项目所述的装置，其中至少一个所述端口包括螺纹金属插件。
20.根据前述任一项目所述的装置，其中所述盖子部分的外径等于或大于中间部分的外径。
21.根据前述任一项目所述的装置，其中所述中间部分包括适用于至少部分位于底座部分内的中间部件，所述中间部件进一步包括干扰流体流动的流动***。
22.根据前述任一项目所述的装置，其中所述底座部分可以包括另一个室，径向布置在第一室的外面，与包括固定床的第二室流体连通，所述另一个室可以通过具有多个开孔的直立壁形成，开孔用于将流体从第一室输送到所述另一个室。
23.根据前述任一项目所述的装置，进一步包括与底座部分连接的搅拌器。
24.根据前述任一项目所述的装置，其中所述中间部分可适用于将搅拌器悬挂在第一室内，从而允许左右运动，与外部驱动一致。
25.根据前述任一项目所述的装置，进一步包括用于盛放搅拌器的容器，所述容器包括一个中心入口和多个径向出口。
26.根据前述任一项目所述的装置，其中流量分配器可与中心入口相连。
27.根据前述任一项目所述的装置，其中所述搅拌器包括多个弯曲叶片。
28.根据前述任一项目所述的装置，进一步包括多个流动***，用于将进入第三内室的流体流分成多股。
29.根据前述任一项目所述的装置，其中所述多个流动***可与环相连。
30.根据前述任一项目所述的装置，进一步包括一根或多根管道，用于使气体进入其中一股流体流后面的空间。
31.根据前述任一项目所述的装置，其中所述一根或多根管道与包括多个流动***的结构连接。
32.根据前述任一项目所述的装置，其中第一管道与所述结构连接。
33.根据前述任一项目所述的装置，其中第一和第二管道与所述结构连接。
34.根据前述任一项目所述的装置，其中第一和第二管道不与所述结构连接。
35.一种培养细胞的装置，包括：
模块化生物反应器，其包括与中心柱和外壳连接的底座部分，外壳和中心柱一起形成细胞培养室。
36.根据项目35所述的装置，其中所述培养室包括至少一个结构化固定床。
37.根据项目35或项目36所述的装置，所述室可以包括多个以堆叠配置布置的结构化固定床。
38.根据项目35-37任一项目所述的装置，进一步包括位于所述多个结构化固定床中至少两个固定床之间的中间部件。
39.根据项目35-38任一项目所述的装置，其中所述至少一个结构化固定床包括螺旋床。
40.根据项目35-39任一项目所述的装置，其中所述多个堆叠的结构化固定床中的每个床都环绕中心柱。
41.根据项目35-40任一项目所述的装置，其中所述中心柱包括第一和第二互连管道，多个结构化固定床中的第一结构化固定床环绕第一管道，多个结构化固定床中的第二结构化固定床环绕第二管道。
42.根据项目35-41任一项目所述的装置，其中所述中心柱包括第一管道和第二管道，用于与在多个结构化固定床中的至少两个结构化固定床之间延伸的带孔支架接合。
43.根据前述任一项目所述的装置，其中所述结构化固定床包括一个筒，适用于***到第二外室或隔室内或从第二外室或隔室中移出。
44.根据项目35-43任一项目所述的装置，其中所述底座部分与中心柱可拆卸地连接。
45.根据项目35-任一项目所述的装置，其中所述底座部分与外壳可拆卸地连接。
46.一种培养细胞的生物反应器，包括：
具有第一室的底部部件，第一室包括搅拌流体的搅拌器；及
第一中心柱，与底部部件可拆卸地连接，第一中心柱形成至少部分细胞培养第二外室和将流体从第二外室返回到第一室的第三内室。
47.根据项目46所述的生物反应器，其中所述第二外室包括第一结构化固定床。
48.根据项目47所述的生物反应器，其中所述第一结构化固定床包括螺旋床。
49.根据项目48所述的生物反应器，其中所述第一结构化固定床环绕第一中心柱。
50.根据项目47-49任一项目所述的生物反应器，进一步包括第二中心柱，所述第二中心柱构成至少部分第二外室；及进一步包括与第一结构化固定床垂直间隔的第二结构化固定床。
51.根据项目50所述的生物反应器，进一步包括位于第一结构化固定床和第二结构化固定床之间的带孔支架。
52.根据项目46所述的生物反应器，其中所述第二外室包括非结构化床。
53.一种与流体连接的生物反应器，包括：
第一室，包括搅拌流体的搅拌器；
第二外室，包括多个培养细胞的堆叠床；及
第三内室，将流体从所述第二外室返回到所述第一室。
54.根据项目53所述的生物反应器，包括：
具有第一室的底座部分；
形成至少部分第二外室和至少部分第三内室的中间部分；及
定位于中间部分上面的盖子部分。
55.根据项目54所述的生物反应器，其中所述中间部分包括支承多个堆叠床中第一个床的第一支架。
56.根据项目54或55所述的生物反应器，其中所述中间部分包括支承多个堆叠床中第二个床的第二支架。
57.根据项目54-56任一项目所述的生物反应器，其中所述中间部分适用于与所述底座部分和所述盖子部分可拆卸地连接。
58.根据项目54-57任一项目所述的生物反应器，其中所述第二外室被外壁限制，并进一步包括与外壁形成一空间的外壳，该空间用于绝缘、加热或冷却第二外室。
59.一种与流体连接的生物反应器，包括：
第一室，包括搅拌流体的搅拌器；
第二外室，包括至少一个培养细胞的床；及
第三内室，将流体从所述第二外室返回到所述第一室，
其中所述第二外室被外壁限制，并进一步包括与外壁形成一空间的外壳，该空间用于绝缘、加热或冷却第二外室。
60.根据项目59所述的生物反应器，其中所述至少一个床包括结构化固定床。
61.根据项目58或59所述的生物反应器，其中所述结构化固定床包括螺旋床。
62.根据项目59所述的生物反应器，其中所述内室由至少一根管道形成。
63.根据项目62所述的生物反应器，其中所述至少一根管道可与限制所述至少一个床的第一支架和第二支架连接。
64.根据项目63所述的生物反应器，其中所述第一和第二支架与外壁连接。
65.根据项目63或64所述的生物反应器，其中所述第一和第二支架至少部分打孔。
66.一种培养细胞的装置，包括：
含搅拌器的生物反应器，所述生物反应器适用于将搅拌器保持在悬挂状态，允许左右移动，与外部驱动一致(所述悬挂搅拌器可以形成项目1-65任一项目所述的一部分)。
67.根据项目66所述的装置，其中所述生物反应器包括接收搅拌器的底座部分，及中间部分，中间部分用于支承容纳悬挂状态搅拌器的承载器。
68.根据项目67所述的装置，其中所述承载器包括一个夹子，用于接合中间部分。
69.一种培养细胞的装置，包括：
一个含搅拌器的生物反应器，搅拌器有多个弯曲叶片(所述搅拌器可以形成项目1-68任一项目所述的一部分)。
70.根据项目69所述的装置，其中所述搅拌器包括一个径向在多个弯曲叶片内的中心开放区。
71.根据项目69或70所述的装置，其中所述搅拌器包括一个或多个磁铁。
72.根据项目69-71任一项目所述的装置，其中所述叶片径向弯曲。
73.一种包括第一和第二堆叠结构化床的生物反应器。
74.根据项目73所述的生物反应器，进一步包括一个与第一和第二堆叠结构化床都接合的网。
75.根据项目73或74所述的生物反应器，其中所述第一和第二堆叠结构化床包括螺旋床。
76.一种生物反应器，包括形成所述生物反应器中心柱的结构化固定床。
77.根据项目76所述的生物反应器，其中所述结构化固定床包括螺旋床。
78.根据项目76或77所述的生物反应器，其中所述结构化固定床的内表面是流体无法渗透的。
79.一种制造生物反应器的方法，包括：
将底座部分与至少一个中间部分连接，所述底座部分包含带搅拌流体用搅拌器的第一室，所述中间部分形成用于培养细胞的第二外室的至少一部分，及将流体返回到底座部分第一室的第三内室，第二外室与从第二外室输送的流体连接。
80.根据项目79所述的方法，进一步包括在至少一个中间部分上面连接盖子部分的步骤。
81.根据项目79或80所述的方法，进一步包括在中间部分螺旋缠绕基体材料，以在外室形成细胞培养结构化固定床的步骤。
82.根据项目79-81任一项目所述的方法，进一步包括将结构化固定床***到第二外室内的步骤。
83.根据项目79-82任一项目所述的方法，进一步包括提供一外壳，形成第二外室的***。
84.根据项目79-83任一项目所述的方法，进一步包括将外壳与底座部分连接的步骤。
85.根据项目79-84任一项目所述的方法，进一步包括将多个结构化固定床堆叠在第二外室内的步骤。
86.根据项目79-85任一项目所述的方法，进一步包括在多个结构化固定床之间设置带孔支架的步骤。
87.根据项目79-86任一项目所述的方法，进一步包括将搅拌器悬挂在底座部分上面的步骤，允许左右运动，与外部驱动一致。
88.一种制造生物反应器的方法，包括：
在生物反应器内设置多个结构化固定床。
89.根据项目88所述的方法，进一步包括在所述多个结构化固定床中的每个固定床之间设置穿孔间隔器的步骤。
90.根据项目88或89所述的方法，进一步包括沿每个结构化固定床内侧设置内管及沿每个结构化固定床外侧设置外管的步骤。
91.根据项目88-90任一项目所述的方法，进一步包括设置径向位于外管外面的外壳的步骤，所述外壳建立绝缘、加热或冷却生物反应器的空间。
此处所述下述术语具有以下含义：
除非上下文清楚表明，否则此处所述的“一”及“该”指的是单数和复数指代。举例来说，“一个室”指的是一个或多个室。
谈到可测值，例如参数、数量、时距等时使用的“大约”、“基本上”或“近似”指的是包括规定值+/20％或以下的变化，优选+/-10％或以下，更优选+/-5％或以下，甚至更优选+/-1％或以下，及更优选+/-0.1％或以下，这些范围内的所述变化适合在本发明中执行。但是，应该理解的是，修饰语“大约”所指示的数值本身也是特别公开的。
此处所述“包括”、“包含”、“组成”是同义词，是包含式或开放式词语，规定存在该词语后紧跟的要素(例如，组分)，且并不排除或排斥本领域熟悉的或公开的其它的、未提出的组分、特征、元素、元件、步骤。
虽然此处示出和描述了本发明的优选实施例，但是，对本领域技术人员来说，显而易见的是，这些实施例仅仅是作为示例。本领域技术人员目前可以想到的众多变形、改变以及替代均不超出本发明。例如，虽然生物反应器以垂直方向示出，但是，它可以采用任何方向。应当了解的是，在本发明的实践中可采用此处所述本发明实施例的各种替换。所附权利要求旨在限定适用法律下本发明的保护范围，且藉此应涵盖这些权利要求及其等同变换的范围内的方法和结构。

Claims (91)

1.一种与流体流连接的细胞培养装置，包括：
含细胞培养固定床的模块化生物反应器。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述模块化生物反应器包括：
具有第一室的底座部分；
中间部分，形成用于接收固定床的第二外室的至少一部分及用于将流体流从第二外室返回到第一室的第三内室的至少一部分；及
定位于中间部分上面的盖子部分。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述固定床包括结构化固定床。
4.根据权利要求2所述的装置，其中所述中间部分包括管状部件，所述结构化固定床螺旋缠绕管状部件延伸。
5.根据权利要求2所述的装置，其中所述中间部分包括固定床内壁形成的管状部件。
6.根据权利要求2所述的装置，其中所述中间部分包括多个中间部件，每个中间部件都与结构化固定床相连。
7.根据权利要求6所述的装置，其中多个中间部件中的至少一个部件打孔，允许流体从至少一个中间部件下面的第一结构化固定床流动到至少一个中间部件上面的第二结构化固定床。
8.根据权利要求6所述的装置，其中多个中间部件中的每个部件都是管状的，每个结构化固定床都包括环绕所述管状中间部件的螺旋床。
9.根据权利要求8所述的装置，进一步包括结构化固定床的带孔支架。
10.根据权利要求2所述的装置，其中所述中间部分进一步包括管状外壳，用于形成模块化生物反应器的***，所述管状外壳形成用于加热、冷却或绝缘生物反应器的空间。
11.根据权利要求2所述的装置，其中所述中间部分包括多个中间部件，每个中间部件都彼此相连。
12.根据权利要求2所述的装置，其中所述中间部分包括一管道，用于与至少一个中间部件接合，形成接收固定床的第二外室的内壁。
13.根据权利要求12所述的装置，其中所述管道与管道下面的第一中间部件及管道上面的第二中间部件接合。
14.根据权利要求13所述的装置，其中所述第二中间部件包括用于沿第三内室建立流体膜的开孔。
15.根据权利要求13所述的装置，进一步包括支架，用于从第一中间部件支承第二中间部件。
16.根据权利要求15所述的装置，其中所述支架包括直立杆。
17.根据权利要求2所述的装置，其中所述盖子部分包括含多个端口的可取下的盖子。
18.根据权利要求17所述的装置，其中所述可取下的盖子的外径小于中间部分的外径。
19.根据权利要求17所述的装置，其中至少一个所述端口包括螺纹金属插件。
20.根据权利要求2所述的装置，其中所述盖子部分的外径等于或大于中间部分的外径。
21.根据权利要求2所述的装置，其中所述中间部分包括适用于至少部分定位于底座部分内的中间部件，所述中间部件进一步包括干扰流体流动的流动***。
22.根据权利要求2所述的装置，其中所述底座部分包括另一个室，径向布置在第一室的外面，与包括固定床的第二室流体连通，所述另一个室通过具有多个开孔的直立壁形成，所述开孔用于将流体从第一室输送到所述另一个室。
23.根据权利要求2所述的装置，进一步包括与底座部分连接的搅拌器。
24.根据权利要求23所述的装置，其中所述中间部分可适用于将搅拌器悬挂在第一室内，从而允许左右运动，与外部驱动一致。
25.根据权利要求24所述的装置，进一步包括用于盛放搅拌器的容器，所述容器包括中心入口和多个径向出口。
26.根据权利要求25所述的装置，其中流量分配器与中心入口相连。
27.根据权利要求23所述的装置，其中所述搅拌器包括多个弯曲叶片。
28.根据权利要求2所述的装置，进一步包括多个流动***，用于将进入第三内室的流体流分成多股。
29.根据权利要求28所述的装置，其中所述多个流动***与一环相连。
30.根据权利要求28所述的装置，进一步包括一根或多根管道，用于使气体进入其中一股流体流后面的空间。
31.根据权利要求30所述的装置，其中所述一根或多根管道与包括多个流动***的结构连接。
32.根据权利要求31所述的装置，其中第一管道与所述结构连接。
33.根据权利要求31所述的装置，其中第一和第二管道与所述结构连接。
34.根据权利要求31所述的装置，其中第一和第二管道不与所述结构连接。
35.一种培养细胞的装置，包括：
模块化生物反应器，其包括与中心柱和外壳连接的底座部分，外壳和中心柱一起形成细胞培养室。
36.根据权利要求35所述的装置，其中所述培养室包括至少一个结构化固定床。
37.根据权利要求36所述的装置，所述室可以包括多个以堆叠配置布置的结构化固定床。
38.根据权利要求37所述的装置，进一步包括位于所述多个结构化固定床中至少两个固定床之间的中间部件。
39.根据权利要求36所述的装置，其中所述至少一个结构化固定床包括螺旋床。
40.根据权利要求37所述的装置，其中所述多个堆叠的结构化固定床中的每个床都环绕中心柱。
41.根据权利要求40所述的装置，其中所述中心柱包括第一和第二互连管道，多个结构化固定床中的第一结构化固定床环绕第一管道，多个结构化固定床中的第二结构化固定床环绕第二管道。
42.根据权利要求37所述的装置，其中所述中心柱包括第一管道和第二管道，用于与在多个结构化固定床中的至少两个结构化固定床之间延伸的带孔支架接合。
43.根据权利要求3或权利要求36所述的装置，其中所述结构化固定床包括一筒，适用于***到第二外室或隔室内或从第二外室或隔室中移出。
44.根据权利要求35所述的装置，其中所述底座部分与中心柱可拆卸地连接。
45.根据权利要求35或44所述的装置，其中所述底座部分与外壳可拆卸地连接。
46.一种培养细胞的生物反应器，包括：
具有第一室的底部部件，第一室包括搅拌流体的搅拌器；及
第一中心柱，与底部部件可拆卸地连接，第一中心柱形成至少部分细胞培养第二外室和将流体从第二外室返回到第一室的第三内室。
47.根据权利要求46所述的生物反应器，其中所述第二外室包括第一结构化固定床。
48.根据权利要求46所述的生物反应器，其中所述第一结构化固定床包括螺旋床。
49.根据权利要求48所述的生物反应器，其中所述第一结构化固定床环绕第一中心柱。
50.根据权利要求49所述的生物反应器，进一步包括第二中心柱，所述第二中心柱构成至少部分第二外室；及进一步包括与第一结构化固定床垂直间隔的第二结构化固定床。
51.根据权利要求50所述的生物反应器，进一步包括位于第一结构化固定床和第二结构化固定床之间的带孔支架。
52.根据权利要求46所述的生物反应器，其中所述第二外室包括非结构化床。
53.一种与流体连接的生物反应器，包括：
第一室，包括搅拌流体的搅拌器；
第二外室，包括多个培养细胞的堆叠床；及
第三内室，将流体从所述第二外室返回到所述第一室。
54.根据权利要求53所述的生物反应器，包括：
具有第一室的底座部分；
形成至少部分第二外室和至少部分第三内室的中间部分；及
定位于中间部分上面的盖子部分。
55.根据权利要求54所述的生物反应器，其中所述中间部分包括支承多个堆叠床中第一个床的第一支架。
56.根据权利要求55所述的生物反应器，其中所述中间部分包括支承多个堆叠床中第二个床的第二支架。
57.根据权利要求55所述的生物反应器，其中所述中间部分适用于与所述底座部分和所述盖子部分可拆卸地连接。
58.根据权利要求53所述的生物反应器，其中所述第二外室被外壁限制，并进一步包括与外壁形成一空间的外壳，该空间用于绝缘、加热或冷却第二外室。
59.一种与流体连接的培养细胞的生物反应器，包括：
第一室，包括搅拌流体的搅拌器；
第二外室，包括至少一个培养细胞的床；及
第三内室，将流体从所述第二外室返回到所述第一室，
其中所述第二外室被外壁限制，并进一步包括与外壁形成一空间的外壳，该空间用于绝缘、加热或冷却第二外室。
60.根据权利要求59所述的生物反应器，其中所述至少一个床包括结构化固定床。
61.根据权利要求59所述的生物反应器，其中所述结构化固定床包括螺旋床。
62.根据权利要求59所述的生物反应器，其中所述内室由至少一根管道形成。
63.根据权利要求62所述的生物反应器，其中所述至少一根管道与限制所述至少一个床的第一支架和第二支架连接。
64.根据权利要求63所述的生物反应器，其中所述第一和第二支架与外壁连接。
65.根据权利要求63或64所述的生物反应器，其中所述第一和第二支架至少部分打孔。
66.一种培养细胞的装置，包括：
含搅拌器的生物反应器，所述生物反应器适用于将搅拌器保持在悬挂状态，允许左右移动，与外部驱动一致。
67.根据权利要求66所述的装置，其中所述生物反应器包括接收搅拌器的底座部分，及中间部分，该中间部分用于支承容纳悬挂状态搅拌器的承载器。
68.根据权利要求67所述的装置，其中所述承载器包括一夹子，用于接合中间部分。
69.一种培养细胞的装置，包括：
含搅拌器的生物反应器，搅拌器有多个弯曲叶片。
70.根据权利要求69所述的装置，其中所述搅拌器包括径向在多个弯曲叶片内的中心开放区。
71.根据权利要求69或70所述的装置，其中所述搅拌器包括一个或多个磁铁。
72.根据权利要求69所述的装置，其中所述叶片径向弯曲。
73.一种包括第一和第二堆叠结构化床的生物反应器。
74.根据权利要求73所述的生物反应器，进一步包括与第一和第二堆叠结构化床都接合的网。
75.根据权利要求73或74所述的生物反应器，其中所述第一和第二堆叠结构化床包括螺旋床。
76.一种生物反应器，包括形成所述生物反应器中心柱的结构化固定床。
77.根据权利要求76所述的生物反应器，其中所述结构化固定床包括螺旋床。
78.根据权利要求76或77所述的生物反应器，其中所述结构化固定床的内表面是流体无法渗透的。
79.一种制造生物反应器的方法，包括：
将底座部分与至少一个中间部分连接，所述底座部分包含带搅拌流体用搅拌器的第一室，所述中间部分形成用于培养细胞的第二外室的至少一部分，及将流体返回到底座部分第一室的第三内室，第二外室与从第二外室输送的流体连接。
80.根据权利要求79所述的方法，进一步包括在至少一个中间部分上面连接盖子部分的步骤。
81.根据权利要求79所述的方法，进一步包括在中间部分螺旋缠绕基体材料，以在外室中形成细胞培养结构化固定床的步骤。
82.根据权利要求79所述的方法，进一步包括将结构化固定床***到第二外室内的步骤。
83.根据权利要求79所述的方法，进一步包括提供一外壳，形成第二外室的***。
84.根据权利要求83所述的方法，进一步包括将外壳与底座部分连接的步骤。
85.根据权利要求79所述的方法，进一步包括将多个结构化固定床堆叠在第二外室内的步骤。
86.根据权利要求85所述的方法，进一步包括在多个结构化固定床之间设置带孔支架的步骤。
87.根据权利要求79-86中任一项所述的方法，进一步包括将搅拌器悬挂在底座部分上方的步骤，允许左右运动，与外部驱动一致。
88.一种制造生物反应器的方法，包括：
在生物反应器内设置多个结构化固定床。
89.根据权利要求88所述的方法，进一步包括在所述多个结构化固定床中的每个固定床之间设置穿孔间隔器的步骤。
90.根据权利要求88或89所述的方法，进一步包括沿每个结构化固定床内侧设置内管及沿每个结构化固定床外侧设置外管的步骤。
91.根据权利要求88所述的方法，进一步包括设置径向位于外管外面的外壳的步骤，所述外壳建立绝缘、加热或冷却生物反应器的空间。
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