CN210237641U - 一种篮式生物反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了生物技术的细胞培养领域的一种篮式生物反应器，包括罐体、放置于罐体内的篮子、安装于罐体底部的搅拌器和罐底阀。所述罐体包括上封头、筒体、下封头、夹套及罐体保温层。所述的篮子由上部的消泡罩、中间的导流筒及下部的锥形封头组成。所述的消泡罩由顶部圆形筛板、中间的圆筒型筛网和底部的外法兰、圆形筛板及内法兰组成。所述消泡罩顶部圆形筛板上竖直安装有通气管、补料管、补碱管、移液管。所述的搅拌器位于罐体下封头的中心，并且与篮子的导流筒同轴，搅拌器的搅拌桨分为上下两层。所述的搅拌器驱动采用变频器进行调速，搅拌器的搅拌桨为涡轮式或推进式。其技术优点是：培养基的溶解氧高，剪切力小，机械方式消泡。

Description

一种篮式生物反应器

技术领域

本实用新型发明涉及一种篮式生物反应器，属于生物技术的细胞培养领域。

背景技术

随着生物技术的不断发展，细胞培养技术不仅用于研究生命科学，也成为生物工程、基因工程和组织工程等学科的研究手段；特别是在医药领域的发展，细胞培养更具有特殊的作用和价值，如通过动物细胞培养来生产的疫苗、单克隆抗体、用于治疗的各种具有生物活性的蛋白质等。总之，细胞培养在整个生物技术产业的发展中起到很关键的作用。

细胞培养根据细胞是否能贴附于支持物上生长的特性，分为悬浮培养和贴壁培养，因此，用于细胞培养的生物反应器也分为流化床生物反应器、固定床生物反应器、波浪式生物反应器等。固定床生物反应器由于具备细胞培养密度高、气液交换效率高、可以灌流培养等优点，市场上出现了多种固定床生物反应器。但是这些固定床生物反应器存在以下的不足：①由于细胞培养基中含有丰富的蛋白质，在使用这些固定床生物反应器进行细胞培养的过程中会产生大量泡沫，但没有消泡措施，容易导致泡沫溢流到尾气过滤器中，造成染菌，导致培养的失败。②由于这些固定床生物反应器采用的为单层搅拌桨，气液混合和培养基流动性不佳。

发明内容

本实用新型的主要目的在于提供一种篮式生物反应器，以克服现有技术的不足。

实现上述目的的一种技术方案为：一种篮式生物反应器，包括罐体、放置于罐体内的篮子、安装于罐体底部的搅拌器和罐底阀。

所述罐体包括上封头、筒体、下封头、夹套及罐体保温层。

进一步的，所述上封头上设有CIP口、排气口、补料口、备用口。

进一步的，所述筒体上部设有补料口、补碱口、移液口、深层进气口、表层进气口、***片安装口、视灯、上视镜；筒体的下部设有取样阀接口、温度计接口、DO电极接口、PH电极接口、下视镜。

所述的篮子由顶部的消泡罩、中间的导流筒及底部的锥形封头组成；由篮子与罐体内壁形成的空间，即是用于放置贴壁细胞培养载体的腔室。

进一步的，所述的消泡罩由顶部圆形筛板、中间的圆筒型筛网和底部的外法兰、圆形筛板及内法兰组成，他们之间通过焊接或螺钉固定。

再进一步的，所述的消泡罩顶部圆形筛板直径为罐体筒体内径的0.5-0.9倍，消泡罩顶部圆形筛板的开孔形状为圆形或正多边形，孔径为0.1-6毫米，开孔率为10%-80%；且在消泡罩顶部圆形筛板上竖直安装有通气管、补料管、补碱管、移液管。

再进一步的，所述的通气管、补料管、补碱管、移液管的顶部高出消泡罩顶部圆形筛板2-10厘米，通气管和补料管的底部伸入到导流筒内的长度为导流筒长度的0.5-0.8倍，补碱管的底部伸入到导流筒内的长度为导流筒长度的0.1-0.5倍，移液管的底部与所述的消泡罩底部的圆形筛板间距为1-5厘米；并且通气管的底部安装有微孔钛棒过滤器。

再进一步的，所述的消泡罩中间的圆筒型筛网外径与消泡罩顶部圆形筛板外径相同，且筛网的孔径为0.1-6毫米。

再进一步的，所述的消泡罩底部的外法兰的外圈通过垫片与罐体筒体内壁形成密封；消泡罩底部的筛板开孔形状为圆形或正多边形，孔径为0.1-6毫米，开孔率为10%-80%。

进一步的，所述的中间的导流筒为上下外径相同的中空圆柱体；导流筒的上部***消泡罩底部内法兰的内圈，通过可拆卸的方式连接。

进一步的，所述的锥形封头的顶角为90-170°，锥型封头小端的外径与导流筒下端的外径相同，并且通过焊接的方式与导流筒的下端固定，锥形封头的大端通过垫片与罐体的下封头的内壁形成密封腔室；而锥形封头的表面开有直径为1-5毫米的通孔，开孔率为10%-80%。

所述的搅拌器位于罐体下封头的中心，并且与篮子的导流筒同轴；搅拌器的搅拌桨分为上下两层，上搅拌桨全部或部分伸入导流筒内，下搅拌桨位于由篮子下部的锥形封头与罐体下封头内壁形成的腔室内。

进一步的，所述的搅拌器驱动采用变频器进行调速，搅拌器的上搅拌桨和下搅拌桨为涡轮式或推进式。

与现有技术相比，本实用新型的优点如下：

本实用新型的气液交换在导流筒内进行，并且气体通过钛棒过滤器分散，不但提高了培养基中氧的溶度，而且避免了气泡进入载体而损伤细胞。

本实用新型采用双层的下磁力搅拌器，与单层的下磁力搅拌器相比，在供气和溶氧要求相同的条件下，能降低搅拌的转速，从而减少剪切力对细胞的损伤，而且能提高培养基的溶解氧和流动性，有利于贴壁细胞的生长。

本实用新型的篮子带有消泡装置，能将细胞培养过程中产生的泡沫通过机械的方式破碎，解决了培养过程中，泡沫外溢，造成染菌，导致细胞培养失败的问题。

附图说明

图1为本实用新型的一种篮式生物反应器的结构示意图。

具体实施方式

为了能清楚说明本实用新型的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合图1，对本方案进行详细的阐述。

请参阅图1，本实用新型提供一种篮式生物反应器，其包括罐体1、放置于罐体1内的篮子2、安装于罐体1底部的搅拌器3和罐底阀4。

所述罐体1包括上封头11、筒体12、下封头13、夹套14及罐体保温层15。

所述上封头11上设有CIP口111、排气口112、补料口113、备用口114。

所述筒体12上部设有补料口1201、补碱口1202、移液口1203、深层进气口1204、表层进气口1205、***片安装口1206、视灯1207、上视镜1208；筒体12的下部设有取样阀接口1210、温度计接口1211、DO电极接口1212、PH电极接口1213、下视镜1209。

所述的篮子2由上部的消泡罩21、中间的导流筒22及下部的锥形封头23组成；由篮子2与罐体1内壁形成的空间，即是用于放置贴壁细胞培养载体7的腔室5。

所述的消泡罩21由顶部圆形筛板211、中间的圆筒型筛网212和底部的外法兰213、圆形筛板214及内法兰215组成，他们之间通过焊接或螺钉固定。

所述的消泡罩21顶部圆形筛板211直径为罐体1筒体12内径的0.5-0.9倍，本次实施例中取0.8倍；消泡罩21顶部圆形筛板211的开孔形状为圆形或正多边形，孔径为0.1-6毫米，开孔率为10%-80%，本次实施例中开孔为圆形，孔径取2mm，开孔率为35%；且在消泡罩21顶部圆形筛板211上竖直安装有通气管217、补料管216、补碱管218、移液管210。

所述的通气管217、补料管216、补碱管218、移液管210的顶部高出消泡罩21顶部圆形筛板211的距离为2-10厘米，本次实施例中取3厘米；通气管217和补料管216的底部伸入到导流筒22内的长度为导流筒22长度的0.5-0.8倍，本次实施例中取0.6倍；补碱管218的底部伸入到导流筒22内的长度为导流筒22长度的0.1-0.5倍，本次实施例中取0.2倍；移液管210的底部与所述的消泡罩21底部的圆形筛板214间距为1-5厘米，本次实施例中取2厘米；并且通气管217的底部安装有微孔钛棒过滤器219。

所述的消泡罩21中间的圆筒型筛网212外径与消泡罩21顶部圆形筛板211外径相同，且筛网的孔径为0.1-6毫米，本次实施例中取2毫米。

所述的消泡罩21底部的外法兰213的外圈通过垫片与罐体1筒体12内壁形成密封；消泡罩21底部的圆形筛板214开孔形状为圆形或正多边形，孔径为0.1-6毫米，开孔率为10%-80%，本次实施例中开孔形状为圆形，孔径取3.5毫米，开孔率31%。

所述的中间的导流筒22为上下外径相同的中空圆柱体；导流筒22的上部***消泡罩21底部内法兰215的内圈，通过可拆卸的方式连接。

所述的锥形封头23的顶角为90-170°，本次实施例中取150°，锥型封头23小端的外径与导流筒22下端的外径相同，并且通过焊接的方式与导流筒22的下端固定，锥形封头23的大端通过垫片与罐体1的下封头13的内壁形成密封腔室6；而锥形封头23的表面开有直径为1-5毫米的通孔，开孔率为10%-80%，本次实施例中通孔直径取3.5毫米，开孔率为35%。

所述的搅拌器3位于罐体1下封头13的中心，并且与篮子2的导流筒22同轴；搅拌器3的搅拌桨分为上下两层，上搅拌桨31全部或部分伸入导流筒22内，下搅拌桨32位于由篮子2下部的锥形封头23与罐体1下封头13内壁形成的腔室6内。

所述的搅拌器3驱动采用变频器进行调速，搅拌器3的上搅拌桨31和下搅拌桨32为涡轮式或推进式。搅拌器3驱动培养基顺着导流筒22往下流动。

操作过程：

在细胞培养前，将处理好的载体7装入已经清洗好的篮子2与罐体1形成的腔室5内，安装好已校正的各仪表，罐体1内加入PBS，保压合格后，进行灭菌、冷却后，通过罐底阀4排出PBS，然后无菌培养基和细胞经过筒体12上的补料口1201、硅胶软管（图中未标出）、消泡罩21上的补料管216，进入到罐体1内。

在细胞培养过程中，一路深层进气经过空气过滤器除菌，通过深层进气口1204、硅胶软管（图中未标出）、通气管217、微孔钛棒过滤器219进入导流筒22内；此时，气体与培养基经过搅拌器3上层搅拌桨31的混合，溶解有气体的培养基通过搅拌器3的下搅拌32往下运动，培养基碰到罐体1下封头13往上流动，穿过带孔的锥形封头23，进入细胞培养的载体7，流经消泡罩21的底部圆形筛板214，然后回到导流筒22中；培养基在搅拌器3的推动下不断循环。通气量的大小通过质量流量计和DO电极来控制。未溶解的气泡在导流筒22中往上运动，产生的泡沫进入消泡罩21，随着泡沫的不断增多，气体夹带泡沫经过顶部圆形筛板211、中间的圆筒型筛网212，将泡沫挤碎，从而达到物理消泡的效果。另一路表层进气经过空气过滤器除菌，通过表层进气口1205进入罐体1内，其流量通过质量流量计控制。罐体内的气体通过上封头11的排气口112，冷凝器（图中未标出），尾气过滤器（图中未标出），气动比例调节阀（图中未标出）排出；气动比例调节阀（图中未标出）用于控制罐内1的压力，保证罐内1的压力一直处于正压。培养基的PH通过PH电极接口1213的PH电极来控制，当PH值低于设定值时，无菌碱液通过筒体12上的补碱口1202、硅胶软管（图中未标出）、消泡罩21上的补碱管218，进入导流筒22，与培养基混合后，进入篮子2内的载体7。罐体1内培养基的温度通过安装于温度计接口1211上的温度探头和夹套14来控制。

当细胞培养过程中需要灌流时，无菌培养基经过筒体12上的补料口1201、硅胶软管（图中未标出）、消泡罩21上的补料管216，进入导流筒22的底部，经搅拌器3混合后，进入篮子2内的载体7；此时，罐体1内的培养基通过消泡罩21上的移液管210、硅胶软管（图中未标出）、筒体12上的移液口1203，排出到罐体1外。通过不断的补充新鲜的培养基和排出含有有害产物的培养基，使细胞稳定的处在较好的的营养环境中，有害代谢废物浓度积累较低，从而获得较高的细胞密度。

在细胞培养的过程中，可以打开筒体12上的视灯1207，通过上视镜1208、下视镜1209观察罐内细胞的生长情况。

在整个罐体的操作过程中，如果罐体1内的压力超过容器的工作压力，安装于***片安装口1206上的***片破碎，释放罐内的压力，保证操作安全。

实施例1

采用50L篮式生物反应器培养Vero细胞，具体实施过程如下：

反应器准备：先将反应器清洗干净，装入校准的PH电极和DO电极，加入处理好的载体（30g/L），补PBS至50L后，进行罐体保压试验（0.2MPa）30min，合格后，121℃灭菌45min。

预培养：反应器冷却后，排出PBS，加入50L含8%牛血清的DMEM液，转速80转/min进行培养3～4天，观察DO及PH值。

细胞培养：预培养3～4天后，罐内无菌合格后，接种已消化的Vero细胞悬液，使罐内最终细胞密度为2.0～3.0×105个/毫升，设定转速60转/min，设定PH值为7.2，DO为50%，罐内温度为37℃。8小时后进行灌流培养。进行灌流后每天上下午取样进行含糖量检测，根据罐内培养液含糖量来确定灌流体积，保持培养基中含糖量在2～3mmol/L。

细胞消化：培养120小时后，对细胞进行消化处理。取培养基进行细胞计数，通过3个样品的计数，得出罐内的平均细胞密度为5.6×106个/毫升。

本实用新型并不仅限于上述具体实施方式，本领域普通技术人员在本发明的实质范围内做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种篮式生物反应器，包括罐体、放置于罐体内的篮子、安装于罐体底部的搅拌器和罐底阀；其特征在于：所述的篮子由顶部的消泡罩、中间的导流筒及底部的锥形封头组成；由篮子与罐体内壁形成的空间，即是用于放置贴壁细胞培养载体的腔室。

2.根据权利要求1所述的一种篮式生物反应器，其特征在于：

所述罐体包括上封头、筒体、下封头、夹套及罐体保温层，所述上封头上设有CIP口、排气口、补料口、备用口，所述筒体上部设有补料口、补碱口、移液口、深层进气口、表层进气口、***片安装口、视灯、上视镜，筒体的下部设有取样阀接口、温度计接口、DO电极接口、PH电极接口、下视镜。

3.根据权利要求1所述的一种篮式生物反应器，其特征在于：

所述的消泡罩由顶部圆形筛板、中间的圆筒型筛网和底部的外法兰、圆形筛板及内法兰组成，他们之间通过焊接或螺钉固定，所述的消泡罩顶部圆形筛板直径为罐体筒体内径的0.5-0.9倍，消泡罩顶部圆形筛板的开孔形状为圆形或正多边形，孔径为0.1-6毫米，开孔率为10%-80%，且在消泡罩顶部圆形筛板上竖直安装有通气管、补料管、补碱管、移液管，所述的消泡罩中间的圆筒型筛网外径与消泡罩顶部圆形筛板外径相同，且筛网的孔径为0.1-6毫米，所述的消泡罩底部的外法兰的外圈通过垫片与罐体筒体内壁形成密封，消泡罩底部的筛板开孔形状为圆形或正多边形，孔径为0.1-6毫米，开孔率为10%-80%。

4.根据权利要求3所述的一种篮式生物反应器，其特征在于：所述的通气管、补料管、补碱管、移液管的顶部高出消泡罩顶部圆形筛板2-10厘米，通气管和补料管的底部伸入到导流筒内的长度为导流筒长度的0.5-0.8倍，补碱管的底部伸入到导流筒内的长度为导流筒长度的0.1-0.5倍，移液管的底部与所述的消泡罩底部的圆形筛板间距为1-5厘米；并且通气管的底部安装有微孔钛棒过滤器。

5.根据权利要求1或3所述的一种篮式生物反应器，其特征在于：所述的中间的导流筒为上下外径相同的中空圆柱体；导流筒的上部***消泡罩底部的内法兰的内圈，通过可拆卸的方式连接。

6.根据权利要求1所述的一种篮式生物反应器，其特征在于：

所述的锥形封头的顶角为90-170°，锥型封头小端的外径与导流筒下端的外径相同，并且通过焊接的方式与导流筒的下端固定，锥形封头的大端通过垫片与罐体的下封头的内壁形成密封腔室；而锥形封头的表面开有直径为1-5毫米的通孔，开孔率为10%-80%。

7.根据权利要求1所述的一种篮式生物反应器，其特征在于：

所述的搅拌器位于罐体下封头的中心，并且与篮子的导流筒同轴；搅拌器的搅拌桨分为上下两层，上搅拌桨全部或部分伸入导流筒内，下搅拌桨位于由篮子下部的锥形封头与罐体下封头内壁形成的腔室内。

8.根据权利要求7所述的一种篮式生物反应器，其特征在于：所述的搅拌器驱动采用变频器进行调速，搅拌器的上搅拌桨和下搅拌桨为涡轮式或推进式。

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