CN113637585A - 一种高效细胞培养反应器及其搅拌系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效细胞培养反应器及其搅拌系统，包括磁力搅拌机构和柔性流道，磁力搅拌机构位于柔性流道的底部，柔性流道固定于高效细胞培养反应器的反应桶桶壁上，反应桶的底部设置有磁力搅拌机构，反应桶内的营养液能够通过柔性流道到达高效细胞培养反应器的培养桶内。本发明利用磁力搅拌机构和柔性流道的搅拌方法，可以实现细胞培养所需营养液的不断循环和均匀搅拌，有效实现大规模的培养细胞和混合搅拌，保证营养液连续不断供给细胞，且混合效率高，特别适用于大规模细胞培养。

Description

一种高效细胞培养反应器及其搅拌系统

技术领域

本发明涉及细胞培养的技术领域，特别是涉及一种高效细胞培养反应器及其搅拌系统。

背景技术

新冠病毒具有传染性高、致病性强和危害性大的特点，至今全球仍有大量人面临感染新冠病毒和发病死亡的风险。因此，人们迫切希望接种有效和安全的新冠病毒疫苗(以下简称“新冠疫苗”)来遏制这场新型冠状病毒的大流行。目前，市面上的新冠疫苗的预防效果非常好，为有效防控疫情起到了重要作用，在接种疫苗后，绝大部分人都可以获得免疫力，从而有效降低传染的风险。除此之外，通过有序接种新冠病毒疫苗，可在人群中逐步建立起免疫屏障，阻断新冠病毒的大流行，为恢复社会经济和居民生活正常运转提供保障。

由于新冠疫苗供需关系极其紧张，相关厂商产能供不应求，因此优化生产工艺和实现新冠疫苗的大规模制备已是迫在眉睫的事情。但新冠疫苗的进一步发展受到细胞培养反应器规模的限制，导致产能的提高十分有限。细胞培养对于疫苗制备是必不可少的环节，培养装置是限制细胞培养效率的关键因素。目前所使用的的细胞培养装置，搅拌器运转过程中产生的剪切力较大，不利于细胞的成活，且单次培养耗时长，细胞培养效率低，可利用细胞质量不高，导致疫苗制备速度无法提高。

随着全球新冠疫苗接种的大范围增速，相关医用耗材的需求也快速增长，这其中就包括培养疫苗所使用的各类细胞培养反应器以及培养细胞所需的各种载体片。但是新冠病毒疫情的扩散已经给全球制造业带来了巨大冲击，国外企业停工、物流停运、出口减少将直接冲击上游原材料和中下游成品的供应端，部分材料已出现涨价的情况。短期内关键材料和装置无法替代，全球疫情加重将导致包括我国在内的企业生产成本增加、产期拉长，交付迟延，进而影响下游医药行业。所以，发展细胞生物反应的新工艺和寻求可替代技术必不可少。

细胞培养对于生物工程技术而言是一个必不可少的过程。细胞类型根据是否附于支持物上生长的特性，分为贴附型和悬浮型。贴附型细胞贴附在支持物表面生长，只有依赖贴附才能生长成活。悬浮型细胞则不贴附在支持物上。大多数动物细胞有贴壁生长的习惯，因此离体培养常用玻璃、塑料等作为支持物。但是玻璃、塑料等支持物的表面积小，空间有限，导致细胞贴附的效率极低。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效细胞培养反应器及其搅拌系统，以解决上述现有技术存在的问题，使细胞培养的搅拌、生产效率和可利用细胞质量提高，进而提高疫苗制备速度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种搅拌系统，包括磁力搅拌机构和柔性流道，所述磁力搅拌机构位于所述柔性流道的底部，所述柔性流道固定于高效细胞培养反应器的反应桶桶壁上，所述反应桶的底部设置有所述磁力搅拌机构，所述反应桶内的营养液能够通过所述柔性流道到达所述高效细胞培养反应器的培养桶内。

优选的，所述磁力搅拌机构包括磁力搅拌底座和搅拌桨，所述搅拌桨转动设置于所述柔性流道的底部，所述磁力搅拌底座设置于所述反应桶的底部且通过磁力控制所述搅拌桨旋转。

优选的，所述搅拌桨的转速范围为150-250rpm，且所述搅拌桨的叶片为4-8个。

优选的，所述柔性流道包括搅拌桶、隔板和顶板，所述搅拌桶的底板上设置有用于过流的中心通孔，所述搅拌桨转动设置于所述中心通孔的上部，所述搅拌桨的转轴与所述中心通孔间隙配合，所述搅拌桶的中部焊接有所述隔板、顶部焊接有所述顶板，所述隔板上设置有通孔，所述顶板焊接于所述反应桶的桶壁上，所述顶板上设置有若干个与所述培养桶连通的通液孔。

优选的，所述隔板的外圆周向上均布有若干个通孔或凹槽，所述顶板的周向上设置有若干个用于与所述反应桶连接凸齿。

优选的，所述通液孔呈圆形阵列均布于所述顶板上，且所述通液孔内卡接有滤网，所述滤网的网眼不允许细胞培养载体片通过。

优选的，所述通液孔圆形阵列有三层，有内至外每层分别均布有1个、8个和16个所述通液孔。

本发明还涉及一种高效细胞培养反应器，包括上述的搅拌系统、反应桶和培养桶，所述搅拌系统的磁力搅拌机构设置于所述反应桶的底部，所述搅拌系统的柔性流道设置于所述反应桶的内部，所述培养桶均布于所述柔性流道的顶板的通液孔上。

优选的，所述反应桶的顶部铰接或者卡接有一盖体，所述反应桶内的营养液高度位于所述培养桶的顶端以下3-5cm；所述培养桶的一端敞口、另一端设置有与所述通液孔连通的通孔，所述培养桶的底部卡接于所述顶板上。

优选的，所述搅拌系统的搅拌桨、所述反应桶和所述培养桶均为医用不锈钢材质。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明利用磁力搅拌机构和柔性流道的搅拌方法，可以实现细胞培养所需营养液的不断循环和均匀搅拌，有效实现大规模的培养细胞和混合搅拌，保证营养液连续不断供给细胞，且混合效率高，特别适用于大规模细胞培养。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明高效细胞培养反应器的结构示意图；

图2为本发明高效细胞培养反应器中顶板的俯视结构示意图；

图3为本发明高效细胞培养反应器中隔板的俯视结构示意图；

图4为本发明高效细胞培养反应器中搅拌桶的俯视结构示意图；

其中：1-高效细胞培养反应器，2-反应桶，3-盖体，4-磁力搅拌底座，5-搅拌桨，6-搅拌桶，7-隔板，8-顶板，9-滤网，10-培养桶，11-凹槽，12-凸齿，13-中心通孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种高效细胞培养反应器及其搅拌系统，以解决现有技术存在的问题，使细胞培养的搅拌、生产效率和可利用细胞质量提高，进而提高疫苗制备速度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1至图4所示：本实施例提供了一种搅拌系统，包括磁力搅拌机构和柔性流道，磁力搅拌机构位于柔性流道的底部，柔性流道固定于高效细胞培养反应器1的反应桶2桶壁上，反应桶2的底部设置有磁力搅拌机构，反应桶2内的营养液能够通过柔性流道到达高效细胞培养反应器1的培养桶10内。

磁力搅拌机构包括磁力搅拌底座4和搅拌桨5，搅拌桨5转动设置于柔性流道的底部，磁力搅拌底座4设置于反应桶2的底部且通过磁力控制搅拌桨5旋转。搅拌桨5的转速范围为150-250rpm可调，且搅拌桨5的叶片为4-8个。本实施例中的磁力搅拌底座4和搅拌桨5可以是本领域常规的设备，具体结构不再赘述，磁力搅拌底座4以无接触(传动轴)的方式驱动搅拌桨5进行旋转，可使整个细胞培养反应器密封无泄漏，并减少工作时的噪音。

柔性流道包括搅拌桶6、隔板7和顶板8，搅拌桶6的底板上设置有用于过流的中心通孔13，搅拌桨5转动设置于中心通孔13的上部，搅拌桨5的转轴与中心通孔13间隙配合，搅拌桶6的中部焊接有隔板7、顶部焊接有顶板8，隔板7上设置有通孔，顶板8焊接于反应桶2的桶壁上，顶板8上设置有若干个与培养桶10连通的通液孔。其中，搅拌桶6的底板、隔板7和顶板8相邻的两者之间形成一柔性弯折的过流通道，可有效减轻搅拌力度，同时使搅拌更充分和均匀。

隔板7的外圆周向上均布有若干个通孔或凹槽11，顶板8的周向上设置有若干个用于与反应桶2连接凸齿12。通液孔呈圆形阵列均布于顶板8上，且通液孔内卡接有滤网9，滤网9的网眼不允许细胞培养载体片通过。通液孔圆形阵列有三层，有内至外每层分别均布有1个、8个和16个通液孔。

本实施例还涉及一种高效细胞培养反应器1，包括上述的搅拌系统、反应桶2和培养桶10，搅拌系统的磁力搅拌机构设置于反应桶2的底部，搅拌系统的柔性流道设置于反应桶2的内部，培养桶10均布于柔性流道的顶板8的通液孔上。反应桶2的内能够放置若干层作为细胞成长过程中贴附体的细胞培养载体片，可实现一次性培养大量微生物的需求，细胞培养载体片的表面积大，可同时吸附大量的细胞，极大提高细胞培养效率。

反应桶2的顶部铰接或者卡接有一盖体3，便于加料，反应桶2内的营养液高度位于培养桶10的顶端以下3-5cm，避免溢液速度过大，本实施例中的溢液速度宜控制在2cm/s以内。培养桶10的一端敞口、另一端设置有与通液孔连通的通孔，培养桶10的底部卡接于顶板8上，当其中某个内培养桶10损坏后，不影响整个反应器的使用，从而减少停机的时间，提高生产效率；损坏后内培养桶10更换方便，操作简单。搅拌系统的搅拌桨5、反应桶2和培养桶10均为医用不锈钢材质，不仅能为整个细胞培养反应器提供足够的刚度，还可以在每次培养完成后，直接对装置进行蒸汽消毒，实现细胞培养反应器的循环利用；也方便在线灭菌，能够使细胞培养反应器循环使用，有利于降低生产成本，提高经济效益。

本实施例的工作原理如下：磁力搅拌底座4带动搅拌桨5旋转，对营养液形成离心泵加速作用，会使搅拌桶6的底板上的营养液被甩出，然后经隔板7边缘的通孔或凹槽11进入到隔板上层流道；当营养液流入到培养桶10中后，使其中的细胞大量贴附在载体片上进行生长，由于搅拌桨5的不断搅拌和加速作用，会使营养液从培养桶10中流过。之后由于重力的作用，营养液会从培养桶10进入到反应桶2中，滤网9限制载体片从培养桶10中流出，只允许营养液通过；此后重复此过程，来实现细胞培养所需营养液的不断循环和均匀搅拌。利用此种搅拌方法可实现大规模的培养细胞的同时，还能够实现混合搅拌，保证营养液连续不断供给细胞，且混合效率高，特别适用于大规模细胞培养。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种搅拌系统，其特征在于：包括磁力搅拌机构和柔性流道，所述磁力搅拌机构位于所述柔性流道的底部，所述柔性流道固定于高效细胞培养反应器的反应桶桶壁上，所述反应桶的底部设置有所述磁力搅拌机构，所述反应桶内的营养液能够通过所述柔性流道到达所述高效细胞培养反应器的培养桶内。

2.根据权利要求1所述的搅拌系统，其特征在于：所述磁力搅拌机构包括磁力搅拌底座和搅拌桨，所述搅拌桨转动设置于所述柔性流道的底部，所述磁力搅拌底座设置于所述反应桶的底部且通过磁力控制所述搅拌桨旋转。

3.根据权利要求2所述的搅拌系统，其特征在于：所述搅拌桨的转速范围为150-250rpm，且所述搅拌桨的叶片为4-8个。

4.根据权利要求2所述的搅拌系统，其特征在于：所述柔性流道包括搅拌桶、隔板和顶板，所述搅拌桶的底板上设置有用于过流的中心通孔，所述搅拌桨转动设置于所述中心通孔的上部，所述搅拌桨的转轴与所述中心通孔间隙配合，所述搅拌桶的中部焊接有所述隔板、顶部焊接有所述顶板，所述隔板上设置有通孔，所述顶板焊接于所述反应桶的桶壁上，所述顶板上设置有若干个与所述培养桶连通的通液孔。

5.根据权利要求4所述的搅拌系统，其特征在于：所述隔板的外圆周向上均布有若干个通孔或凹槽，所述顶板的周向上设置有若干个用于与所述反应桶连接凸齿。

6.根据权利要求4所述的搅拌系统，其特征在于：所述通液孔呈圆形阵列均布于所述顶板上，且所述通液孔内卡接有滤网，所述滤网的网眼不允许细胞培养载体片通过。

7.根据权利要求6所述的高效细胞培养反应器，其特征在于：所述通液孔圆形阵列有三层，有内至外每层分别均布有1个、8个和16个所述通液孔。

8.根据权利要求1所述的高效细胞培养反应器，其特征在于：包括权利要求1-7中任意一项所述的搅拌系统、反应桶和培养桶，所述搅拌系统的磁力搅拌机构设置于所述反应桶的底部，所述搅拌系统的柔性流道设置于所述反应桶的内部，所述培养桶均布于所述柔性流道的顶板的通液孔上。

9.根据权利要求8所述的高效细胞培养反应器，其特征在于：所述反应桶的顶部铰接或者卡接有一盖体，所述反应桶内的营养液高度位于所述培养桶的顶端以下3-5cm；所述培养桶的一端敞口、另一端设置有与所述通液孔连通的通孔，所述培养桶的底部卡接于所述顶板上。

10.根据权利要求8所述的高效细胞培养反应器，其特征在于：所述搅拌系统的搅拌桨、所述反应桶和所述培养桶均为医用不锈钢材质。

Images