RU2050415C1 - Bioreactor for cultivation of cells on microcarriers - Google Patents
Bioreactor for cultivation of cells on microcarriers Download PDFInfo
- Publication number
- RU2050415C1 RU2050415C1 SU5066963A RU2050415C1 RU 2050415 C1 RU2050415 C1 RU 2050415C1 SU 5066963 A SU5066963 A SU 5066963A RU 2050415 C1 RU2050415 C1 RU 2050415C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- bioreactor
- housing
- cells
- cylinders
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к аппаратуре для культивирования клеток животных и человека и может быть использовано в биологии, медицине, животноводстве. The invention relates to apparatus for culturing animal and human cells and can be used in biology, medicine, animal husbandry.
Известен биореактор (Gelli Gen проспект фирмы New Brunswick Scientific CO), содержащий корпус с крышкой, перемешивающее устройство, рабочие штуцеры, систему жизнеобеспечения и контроля, перемешивающее устройство, выполненное в виде турбины с плосколопастными или винтовыми мешалками. При перемешивании питательного раствора с клетками такими мешалками клетки ударяются о вращающиеся части и травмируются. Кроме того, степень перемешивания питательной среды с клетками в вертикальном направлении этими устройствами мала, что приводит к неравномерной концентрации питательных продуктов по высоте и ухудшает условия культивирования. Носители, находящиеся в жидкой фазе, с иммобилизованными в них клетками вводят в биореактор с помощью шприца или микропипетки через одно из отверстий в крышке. Процесс этот малопроизводителен и может привести к нарушению стерильности среды. Кроме того, газовая смесь в таком устройстве подается через трубку непосредственно в питательную среду с находящимися в ней клетками, что ограничивает скорость подачи газа и не может обеспечить высокий коэффициент КLA.Known bioreactor (Gelli Gen Avenue of the company New Brunswick Scientific CO), comprising a housing with a lid, a mixing device, working fittings, a life support and control system, a mixing device made in the form of a turbine with flat-blade or screw mixers. When the nutrient solution is mixed with the cells with such mixers, the cells hit the rotating parts and are injured. In addition, the degree of mixing of the nutrient medium with cells in the vertical direction by these devices is small, which leads to an uneven concentration of nutrient products in height and worsens the cultivation conditions. Carriers in the liquid phase, with cells immobilized in them, are introduced into the bioreactor using a syringe or micropipette through one of the holes in the lid. This process is inefficient and can lead to a violation of the sterility of the environment. In addition, the gas mixture in this device is fed through the tube directly into the nutrient medium with the cells in it, which limits the gas supply rate and cannot provide a high K LA coefficient.
Наиболее близким к заявляемому решению является биореактор (Gellе Gen проспект фирмы Nen Brunswick Scientific CO), содержащий корпус с крышкой и рабочими штуцерами, систему жизнеобеспечения и контроля, центробежное перемешивающее устройство, устройство для пеногашения. Closest to the claimed solution is a bioreactor (Gell Gen Prospect of the company Nen Brunswick Scientific CO), comprising a housing with a lid and working fittings, a life support and control system, a centrifugal mixing device, an antifoam device.
Наличие центробежного перемешивающего устройства обеспечивает интенсивное вертикальное перемешивание питательной среды. Газ подается в объем, заполненный питательной средой, но изолированный от основного объема с клетками сетчатой стенкой. С изолированным объемом связано пеногасящее устройство. Такая конструкция позволяет производить интенсивное насыщение газовой смесью питательной среды и иметь высокий КLA.The presence of a centrifugal mixing device provides intensive vertical mixing of the nutrient medium. Gas is supplied to a volume filled with a nutrient medium, but isolated from the main volume with cells by a mesh wall. An antifoam device is associated with an isolated volume. This design allows intensive gas saturation of the nutrient medium and a high K LA .
Однако отсутствие автоматического каплеобразующего устройства, встроенного в биореактор, не позволит произвести заполнение биореактора носителями с иммобилизованными в них клетками за короткое время (1.2 мин), что важно для идентичного развития всех клеток. Кроме того, диаметр капель носителя, превращающихся при соприкосновении со средой в твердые гранулы, не может быть меньше 2.3 мм, в то время как для интенсивного питания клеток этот диаметр должен быть 0,5.1 мм. However, the absence of an automatic droplet-forming device integrated into the bioreactor will not allow filling the bioreactor with carriers with cells immobilized in them in a short time (1.2 min), which is important for the identical development of all cells. In addition, the diameter of the carrier droplets, which turn into solid granules upon contact with the medium, cannot be less than 2.3 mm, while for intensive cell nutrition this diameter should be 0.5.1 mm.
Другим недостатком этого устройства является возможность травмирования клеток в суспензии или на носителях из-за эффекта "терки" вследствие соприкосновения с сетчатой стенкой, вращающейся со сравнительно большой окружной скоростью. Кроме того, наличие стреловидных трубок (импеллеров), выступающих за цилиндрическую поверхность центробежного перемешивающего устройства, из-за значительной круговой скорости перемешивающего устройства может способствовать травмированию клеток. Another disadvantage of this device is the possibility of injury to cells in suspension or on carriers due to the “grater” effect due to contact with a mesh wall that rotates at a relatively high peripheral speed. In addition, the presence of arrow-shaped tubes (impellers) protruding beyond the cylindrical surface of the centrifugal mixing device, due to the significant circular velocity of the mixing device, can contribute to cell injury.
И, наконец, при периодическом насыщении среды газовой смесью в момент, когда значение давления в аэрационной трубке равно нулю, среда через отверстия попадает в трубку. При подаче в аэратор газа под давлением среда вытесняется из трубки, вызывая при этом интенсивное пенообразование. And finally, with periodic saturation of the medium with a gas mixture at a time when the pressure value in the aeration tube is zero, the medium enters the tube through the holes. When gas is supplied to the aerator under pressure, the medium is forced out of the tube, causing intense foaming.
Целью изобретения является повышение производительности труда при введении носителей с клетками в питательную среду, при одновременном уменьшении травматизма клеток в процессе выращивания и уменьшение степени пенообразования. The aim of the invention is to increase labor productivity with the introduction of carriers with cells in a nutrient medium, while reducing cell injuries during cultivation and reducing the degree of foaming.
Это достигается тем, что биореактор для культивирования клеток на микроносителях, содержих блок управления, источник сжатого газа, корпус с термостатирующим устройством и магнитным приводом, крышку, на которой установлены датчики параметров жизнеобеспечения, пробоотборное устройство, конденсатор, а также смонтировано перемешивающее устройство, имеющее форму пустотелого цилиндра, закрепленного на полом валу, на котором установлены устройство пеногашения и система газообмена, изолированная от основного объема сетчатой стенкой, согласно предложенному изобретению снабжен герметично установленным на крышке каплеобразующим устройством, содержащим корпус с днищем и рабочими штуцерами, внутри которого расположена горизонтальная перегородка, делящая внутреннюю полость корпуса на две изолированные части, газопроводящей трубкой, соединяющей нижнюю часть корпуса с источником сжатого газа, и микропипетками, каждая из которых герметично установлена в горизонтальной перегородке и свободно с зазором проходит через днище устройства, соединяя верхнюю часть корпуса устройства с внутренней полостью биореактора. This is achieved by the fact that a bioreactor for culturing cells on microcarriers containing a control unit, a compressed gas source, a housing with a thermostatic device and a magnetic drive, a cover on which life support parameters are mounted, a sampling device, a capacitor, and a mixing device having the form hollow cylinder mounted on a hollow shaft on which a defoaming device and a gas exchange system are installed, isolated from the main volume by a mesh wall but the proposed invention is equipped with a droplet-forming device hermetically mounted on the lid, comprising a housing with a bottom and working fittings, inside of which there is a horizontal partition dividing the internal cavity of the housing into two insulated parts, a gas conduit connecting the lower part of the housing to a source of compressed gas, and micropipettes, each of which is hermetically mounted in a horizontal partition and freely passes with a gap through the bottom of the device, connecting the upper part of the device casing and with the internal cavity of the bioreactor.
Электропневмопреобразователь блока управления для регулирования подачи газовой смеси в среду культивирования связан с атмосферой посредством регулируемого пневмодросселя, соединенного пневматически с полостью электропневмодросселя, в которой размещен электромагнит, а система газообмена образована четырьмя цилиндрами, каждый из которых имеет сетчатую стенку, расположенными внутри перемешивающего устройства, в верхней части которого выполнено цилиндрическое утолщение, снабженное отверстиями, соединенными с полостью перемешивающего устройства касательно. The electropneumatic converter of the control unit for controlling the supply of the gas mixture to the cultivation medium is connected to the atmosphere by means of an adjustable pneumatic throttle pneumatically connected to the cavity of the electropneumatic throttle, in which the electromagnet is located, and the gas exchange system is formed by four cylinders, each of which has a mesh wall located inside the mixing device, in the upper parts of which are made cylindrical thickening, equipped with holes connected to the cavity mixing his device regarding.
Оснащение биореактора каплеобразующим устройством, корпус которого герметично закреплен на крышке реактора, позволяет сохранить стерильность в процессе работы при введении носителей с клетками в питательную среду. Конструкция каплеобразующего устройства дает возможность получить минимальный диаметр эжектируемых капель до 0,5 мм, что важно для интенсивного питания клеток. С помощью такого устройства можно вводить суспензию клеток с носителями с частотой до 80.100 капель/с, при диаметре капли 0,5 мм из одной микропипетки, т. е. практически одновременно вводится необходимая доза суспензии, что важно для идентичного развития клеток. Equipping the bioreactor with a droplet-forming device, the casing of which is hermetically attached to the reactor cover, allows sterility to be maintained during operation when carriers with cells are introduced into the nutrient medium. The design of the droplet-forming device makes it possible to obtain a minimum diameter of ejected droplets of up to 0.5 mm, which is important for intensive cell nutrition. Using such a device, it is possible to introduce a suspension of cells with carriers with a frequency of up to 80.100 drops / s, with a droplet diameter of 0.5 mm from one micropipette, i.e., the required dose of suspension is introduced almost simultaneously, which is important for identical cell development.
Подача газовой смеси в реактор осуществляется через электропневмопреобразователь, который соединен с регулируемым пневмодросселем. Это позволяет подавать газ импульсно, не снижая при этом нижний уровень давления газа до нуля. Газ, находящийся в барботажных трубках при минимальном давлении, не дает попасть питательному раствору внутрь трубки через ее барботажные отверстия, что снижает степень пенообразования при подаче верхнего значения давления газовой смеси. То, что газ из барботажных трубок попадает сначала в изолированный от носителей с клетками объем, образованный цилиндрами с сетчатой стенкой, дает возможность значительно увеличивать давление подаваемого газа. Газ растворяется в питательной среде, лишенной клеток, и среда легко проходит через сетку. The gas mixture is supplied to the reactor through an electro-pneumatic converter, which is connected to an adjustable pneumatic throttle. This allows you to supply gas in a pulsed manner, without lowering the lower level of gas pressure to zero. The gas located in the bubble tubes at the minimum pressure does not allow the nutrient solution to enter the tube through its bubble holes, which reduces the degree of foaming when applying the upper pressure of the gas mixture. The fact that the gas from the bubble tubes first enters the volume isolated from the carriers with the cells, formed by cylinders with a mesh wall, makes it possible to significantly increase the pressure of the supplied gas. Gas dissolves in a nutrient-free medium devoid of cells, and the medium easily passes through a grid.
Конструкция предлагаемой мешалки такова, что, обеспечивая равномерное разбрасывание клеток по всему корпусу, она позволяет уменьшить травматизм клеток за счет отсутствия резко выступающих деталей конструкции. The design of the proposed mixer is such that, providing a uniform spread of cells throughout the body, it allows to reduce cell injuries due to the absence of sharply protruding structural parts.
Уменьшению травматизма клеток способствует и то, что сетчатые цилиндры газообмена размещены во внутренней полости мешалки. Проходя в этой полости, клетки двигаются с меньшей примерно в 2 раза круговой скоростью, чем снаружи, следовательно, клетки меньше "трутся" о сетку и меньше травмируются. The reduction of cell injuries is also facilitated by the fact that mesh cylinders of gas exchange are located in the internal cavity of the mixer. Passing in this cavity, the cells move at about 2 times less circular speed than outside, therefore, the cells “rub” less on the net and are less injured.
На фиг. 1 изображена конструкция биореактора для культивирования клеток на микроносителях; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1, сечение верхней части мешалки. In FIG. 1 shows the design of a bioreactor for culturing cells on microcarriers; in FIG. 2, section AA in FIG. 1, a cross section of the upper part of the mixer.
Устройство состоит из следующих основных частей:
электронного блока 1 управления, стеклянного корпуса 2, крышки 3.The device consists of the following main parts:
Электронный блок управления содержит магнитный привод 4, стойку с термостатирующим устройством (нагревателем) 5, устройство (систему) 6 для периодической подачи газовой смеси, содержащее электропневмопреобразователь 7, регулируемый пневмодроссель 8 и источник 9 сжатого газа. Через штуцер 10, установленный на крышке 3, сжатый газ через систему 6 по- дачи газа попадает в корпус 2. The electronic control unit contains a
На крышке 3 установлены конденсатор 11, датчики 12 параметров жизнеобеспечения (рН, РО2, t,оС), пробоотборное устройство 13, каплеобразующее устройство 14, сферический подшипник 15 с валом, на котором смонтировано перемешивающее устройство 16 с системой 17 газообмена и устройство 18 пеногашения, и штуцер 19 для подачи и забора питательной среды.A
Каплеобразующее устройство 14 содержит корпус 20 с днищем и термостатирующей рубашкой 21, охлаждаемой водой, которую подают перистальтическим насосом (не показан), микропипетки 22, выполненные из полипропилена с оттянутыми кончиками до внутреннего диаметра 0,15 мм, горизонтальную перегородку 23, которая делит корпус 20 на две части нижнюю 24 для прохода газа и верхнюю 25 для смеси носителей с клетками, газоподающую трубку 26, сосуд 27 со смесью и рабочие штуцеры 28 и 29. The droplet-forming
Каждая микропипетка 22 установлена без зазора в горизонтальной перегородке и проходит через отверстие в днище корпуса, причем для каждой микропипетки в соответствующем отверстии днища предусмотрен зазор 0,5.0,6 мм. Each
Перемешивающее устройство 16 состоит из фторопластового корпуса 30 с вклеенными магнитами 31. В верхней части корпуса 30 выполнены отверстия 32 (фиг. 2), которые соединены с внутренней полостью 33 корпуса 30 по касательной. С корпусом 30 перемешивающего устройства 16 соединено пеногасящее устройство 18. The
Система 17 газообмена содержит канал 34 для подачи газа, камеру 35 для распределения газа, каналы 36 для подачи газа в барботажные трубки 37, заключенные в цилиндры 38 с сетчатой стенкой, каналы 39 для отвода истощенного газа. The
Биореактор работает следующим образом. The bioreactor operates as follows.
Стеклянный корпус 2 через штуцеры 19 заполняют питательной средой. Включают электронный блок управления. Вращение магнитного привода 4 передается перемешивающему устройству 16 через магниты 31. Включается термостатирующее устройство (нагреватель) 5. The
В стеклянном корпусе 2 устанавливается температура питательной среды 37оС.The
Верхняя полость 25 каплеобразующего устройства 14 заполняется жидкой смесью носителей с клетками из сосуда 27 со смесью через штуцер 28. The
Термостатирующая рубашка 21 поддерживает температуру смеси в корпусе 10. 15оС с помощью циркуляции воды, подаваемой перистальтическим насосом (на фиг. 1 не показано). Через штуцер 29 и газоподающую трубку 26 от источника сжатого газа (на фиг. 2 не показано) в импульсном режиме газ подают в нижнюю часть 24 корпуса 20.
Заполнив верхнюю часть 25 корпуса, жидкая смесь попадает в микропипетки, образуя на оттянутых кончиках капли, которые эжектируются газом, проходящим в зазоры между пипеткой и днищем корпуса 20. При соприкосновении с питательной средой при температуре 37оС капля носителей с клетками затвердевают, образуя твердые гранулы, что защищает клетки от травмирования в процессе культивирования.By filling the upper part of the
Для обогащения питательной среды газ от источника 9 сжатого газа через систему 6 для периодической подачи газа и штуцер 10 подают в систему 17 газообмена. При этом газ через канал 34 для подачи газа попадает в камеру 35 для распределения газа, откуда через каналы 36 распределится по четырем барботажным трубкам 37, через отверстия в которых выходит в питательную среду. Также барботажные трубки 37 изолированы от основного объема цилиндрами 38 с сетчатой стенкой, внутри которых образуется аэрационная полость, лишенная клеток с носителями, газ растворяется в среде, которая легко проходит через сетку, чтобы среда не попадала в барботажные трубки 37, давление газа при периодической подаче газа не снижается до нуля. Это происходит за счет того, что электропневмопреобразователь 7 системы 6 для подачи газа связан с атмосферой посредством регулируемого пневмодросселя 8, соединенного пневматически с полостью электропневмопреобразователя 7, в которой размещен электромагнит. Регулировкой пневмодросселя 8 устанавливают минимальное давление газа в системе 6 подачи газа. Истощенный газ по каналам 39 поступает в устройство 18 пеногашения, жестко установленное на перемешивающем устройстве 16. В устройстве 18 пеногашения пена "схлопывается" при соприкосновении с сеткой устройства, переходя в жидкое состояние. To enrich the nutrient medium, gas from the
Вращение перемешивающего устройства 16 вызывает подъем питательной среды, в которой находятся носители с клетками, снизу, по внутренней полости 33 корпуса 30, вверх и выброс через верхние отверстия 32. Подъем происходит за счет небольшого перепада давления во внутренней полости 33, создаваемого вращением четырех отверстий 32. Подъем и выброс через отверстия питательной среды образуют непрерывный циркуляционный контур. Такое движение осуществляет равномерное разбрасывание клеток по всему рабочему объему биореактора и их перемещение не только в горизонтальных, но и вертикальных плоскостях. The rotation of the
Продукты испарения из биореактора переходят в конденсатор 11, где, охлаждаясь, конденсируются и возвращаются уже в жидкой фазе в стеклянный корпус 2. Этот процесс уменьшает потери при испарении среды. Контроль за насыщением газом питательной среды с клетками проводят датчиками 12 параметров жизнеобеспечения. The evaporation products from the bioreactor pass into the
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5066963 RU2050415C1 (en) | 1992-10-02 | 1992-10-02 | Bioreactor for cultivation of cells on microcarriers |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5066963 RU2050415C1 (en) | 1992-10-02 | 1992-10-02 | Bioreactor for cultivation of cells on microcarriers |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2050415C1 true RU2050415C1 (en) | 1995-12-20 |
Family
ID=21615486
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5066963 RU2050415C1 (en) | 1992-10-02 | 1992-10-02 | Bioreactor for cultivation of cells on microcarriers |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2050415C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013025116A1 (en) * | 2011-08-15 | 2013-02-21 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Центр Вихревых Технологий" | Vortex bioreactor |
US11680237B2 (en) | 2017-12-20 | 2023-06-20 | Univercells Technologies S.A. | Bioreactor and related methods |
-
1992
- 1992-10-02 RU SU5066963 patent/RU2050415C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Проспект Фирмы New Bruswick Scientific Co Inc." 1985, с.3-5. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013025116A1 (en) * | 2011-08-15 | 2013-02-21 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Центр Вихревых Технологий" | Vortex bioreactor |
RU2538170C1 (en) * | 2011-08-15 | 2015-01-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Центр Вихревых Технологий" | Vortex bioreactor |
US11680237B2 (en) | 2017-12-20 | 2023-06-20 | Univercells Technologies S.A. | Bioreactor and related methods |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4727040A (en) | Sparger for fermentation and tissue culturing vessels | |
CA1307225C (en) | Cell culture bioreactor | |
JPH03504926A (en) | Static oxygen treatment equipment for animal cell suspension culture | |
JP4845737B2 (en) | Cell culture system | |
DK174748B1 (en) | Fermentor for growing cell cultures | |
US20050130291A1 (en) | Bioreactor provided with equipment with flexible walls | |
RU2050415C1 (en) | Bioreactor for cultivation of cells on microcarriers | |
US4173516A (en) | Device for cultivating cells of animal and human tissues | |
JP2004537995A (en) | Bioreactor | |
SE447121B (en) | CLEANING DEVICE WITH MEMBRANE PUMP | |
RU2763318C1 (en) | Laboratory multi-platform gas vortex bioreactor | |
RU2363729C1 (en) | Apparatus for suspension cultivation of tissue or microorganism cells | |
JPS63156598A (en) | Simple culture device for bacteria group which acts in organic waste water treatment system | |
JP2832642B2 (en) | Animal cell culture apparatus and method | |
SU901266A1 (en) | Chamber for culturing microorganisms | |
RU2032734C1 (en) | Bioreactor for cultivating cells on magnet carriers | |
RU1789553C (en) | Apparatus for cultivating microorganisms | |
RU1773936C (en) | Device for crowing microorganisms or cells | |
SU759586A1 (en) | Apparatus for culturing microorganisms | |
CN214300163U (en) | Laboratory microorganism expands banks up device with earth | |
RU2223312C2 (en) | Biological object cultivating apparatus | |
SU1723114A1 (en) | Apparatus for cultivating microorganisms | |
SU1763481A1 (en) | Apparatus for microorganisms growing | |
RU2021347C1 (en) | Apparatus for gas saturation and mixing liquid in reservoir | |
SU1062256A1 (en) | Apparatus for culturing microorganisms |