CN116836787A - 一种生物反应系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种生物反应系统，属于生物医学工程技术领域。其包括CIP清洗模块、蒸汽消毒模块、生物反应器模块和补料模块，生物反应器模块有多套，每套包括至少一个生物反应器，补料模块包括至少一个补料罐，补料罐设有补料管路，补料管路分设有多条补料支路，补料支路设有供CIP清洗模块接入的CIP入口，补料支路连接生物反应器的端口设置有接入CIP模块的CIP回口，蒸汽消毒模块于补料管路上与CIP清洗模块共用CIP入口，蒸汽消毒模块的回路与CIP清洗模块共用CIP回口进行清洗和杀菌消毒的物料回料过程，蒸汽消毒模块和CIP清洗模块于CIP入口外设置相应的阀门控制开启清洗或消毒。本申请具有为系统中多个生物反应器补料又消毒方便的效果。

Description

一种生物反应系统

技术领域

本申请涉及生物医学工程领域，尤其是涉及一种生物反应系统。

背景技术

当前组织工程研究主要包括了四个方面：种子细胞、生物材料、构建组织和器官的方法和技术以及组织工程的临床应用。组织工程的核心是建立由细胞和生物材料构成的三维空间复合体，这与传统的二维结构(细胞培养)有着本质的区别。随着三维细胞培养技术的兴起，越来越多的研究着眼于种子细胞与生物材料的接种与共培养，并取得了一系列的突破，生物反应器的概念与重要性越来越深入人心。生物反应器在生物制药中也大量应用，用于配药微生物。

目前市面上常见的生物反应器种类有搅拌式生物反应器、气升式生物反应器、膜式生物反应器、灌注式生物反应器以及旋转壁式生物反应器。

搅拌式生物反应器的主要原理是通过叶轮或搅拌器转动培养液，提高培养液内细胞的传质效率。它的优点在于确保了细胞培养的氧浓度和培养液养分的均衡。其缺点是：由于搅拌器转动产生的剪切应力很大，易产生大量气泡。

灌注式生物反应器的原理是通过蠕动泵的作用，不断泵入新鲜培养基，泵出代谢废产物，经由灌流速率的调节可使营养物质和代谢废产物与细胞之间的物质传递、种子细胞/生物材料结构体内ECM的截留及流体产生的剪切力之间达到平衡，组织培养性强。

在通过生物反应器进行生物培养时，由于需要调整生物反应器内酸碱环境，从而达到生物培养需要的PH值，不同生物培养时，随着培养过程PH值环境会逐渐升高或降低，这时候需要补酸或补碱，所以需要配备对应所培养的培养物的酸罐或碱罐，通过酸罐或碱罐内的物料调整生物反应器内的环境PH值，同时又配备相应的消泡罐用于往生物反应器内添加消泡剂，降低生物反应器的气泡，提高生产能力，减少原料和产品的浪费，但上述酸罐/碱罐和消泡罐在反应中用量很少，所以常采用酸罐/碱罐和消泡罐单独设置的形式，在需要补料时，通过把酸罐/碱罐或消泡罐接入相应的生物反应器中从而达到补料的目的。

上述补料方式，虽然整个生物反应系统的酸罐/碱罐和消泡罐数量较少即可对每个生物反应器进行补料，但每次安装酸罐/碱罐和消泡罐时均需对相应的生物反应器接口、酸罐/碱罐和消泡罐接口以及接入完成后的管道进行消毒，三次单独消毒费时费料，还需要人员不断操作，非常不便。

发明内容

为了方便消毒，同时又不因为系统中生物反应器数量增加相应的酸罐/碱罐和消泡罐，本申请提供一种生物反应系统。

本申请提供的一种生物反应系统采用如下的技术方案：

一种生物反应系统，包括CIP清洗模块、蒸汽消毒模块、生物反应器模块和补料模块，所述生物反应器模块有多套，每套包括至少一个生物反应器，所述补料模块包括至少一个补料罐，所述补料罐设有补料管路，所述补料管路分设有多条补料支路一一对应多套所述生物反应器模块并接入相应生物反应器，所述补料支路连接所述补料罐的一端设有供所述CIP清洗模块接入的CIP入口，每个所述补料支路连接所述生物反应器的端口设置有接入CIP模块的CIP回口，所述蒸汽消毒模块于所述补料管路上与所述CIP清洗模块共用所述CIP入口进行蒸汽输入杀菌消毒，所述蒸汽消毒模块的回路与所述CIP清洗模块共用所述CIP回口进行清洗和杀菌消毒的物料回料过程，所述蒸汽消毒模块和所述CIP清洗模块于所述CIP入口外设置相应的阀门控制开启清洗或消毒；所述生物反应器和所述补料罐也设置有CIP入口和CIP回口。

通过采用上述技术方案，通过把补料罐直接接入整个系统中，补料罐设置的补料管路分出多个补料支路分别接入多套生物反应器模块中的生物反应器中，起到相应的补料作用，这里的补料罐内可以是酸罐/碱罐，也可以是消泡剂罐，在生物反应系统中起到不同的作用，单个补料罐可以满足整个系统多个生物反应器的某一补料需求，减少整个系统的罐体数量，降低系统的复杂程度；在补料支路两端上设置CIP入口和CIP回口，从而可以对每个补料支路进行单独清洗，蒸汽消毒模块与CIP清洗模块在补料支路上共用CIP入口和CIP回口进行消毒过程，使得每个补料支路也能单独进行消毒作业，使得补料罐对每个生物反应器补料后可以单独进行消毒，互不影响，共用端口，降低了结构复杂度，也不容易出现结构死角，生物反应器和补料罐也设置有CIP入口和CIP回口可以进行各自的清洗消毒，实现补料过程的自动补料，减少每次补料的清洗消毒次数，减少清洗消毒物料的损耗，同时降低人工。

可选的，所述生物反应器模块包括三个容积不同的生物反应器和物料输入模块，三个容积不同的所述生物反应器根据容积从大到小分别设为大生物反应器、中生物反应器和小生物反应器；所述物料输入模块包括两级过滤器，输入物料经过所述两级过滤器分出三条物料支路并分别接入所述大生物反应器、所述中生物反应器和所述小生物反应器中，每个所述物料支路设有阀门，所述中生物反应器和所述大生物反应器设有两个物料进料口，所述小生物反应器的出料口与所述中生物反应器的一个物料进料口连通，所述中生物反应器的出料口与所述大生物反应器的一个物料进料口连通。

通过采用上述技术方案，设置大生物反应器、中生物反应器和小生物反应器，通过小生物反应器进行快速培养，小生物反应器又把培养后的物料送入中生物反应器进行下一步的快速培养，中生物反应器培养完毕后又送入大生物反应器进行培养，进行生物倍增培养，形成一个循环，大生物反应器、中生物反应器和小生物反应器中的初始生物群数量对应各自总的培养基的培养时间控制在一定时间内，从而可以实现循环培养，小生物反应器用于培养中生物反应器的初始菌群，中生物反应器用于培养大生物反应器的初始生物群，加快整体的反应效率，提高生产效率，输入物料通过两级过滤器后送入大生物反应器、中生物反应器和小生物反应器，使得每个生物反应器模块的输入只有一个，更加简单，共用输入管路和两级过滤器降低物料损耗，精简结构。

可选的，所述补料支路的数量与所述大生物反应器的数量一致，所述补料罐通过所述补料支路一一对应与所述大生物反应器连通，所述补料罐内为消泡剂时，所述消泡剂通过压力输入所述大生物反应器内，所述补料罐为酸罐时，所述补料支路设置有蠕动泵输送补料进入所述大生物反应器。

通过采用上述技术方案，补料罐只给大生物反应器进行补料作业，由于小生物反应器和中生物反应器主要作为初始生物群落培养，一方面，数量较少，产生的对环境影响的产物较少，可以通过后续物料转移扩增培养，降低影响，另一方面，由于后续还有进一步的培养过程，对环境补料的需求较低，最后在大生物反应器中进行最终培养时，通过补料罐进行控制，控制质量和效率，这样的设计，可以进一步降低补料支路的数量，降低系统的复杂性，降低整体清洗消毒难度和相应物料的损耗。

可选的，多套所述生物反应器模块设置于一间生产室内，所述生产室内设置有罐体安置架，所述罐体安置架分隔所述生产室于所述罐体安置架位置为两层，所述大生物反应器放置于地面且上部位于所述罐体安置架的第二层，所述大生物反应器的操作部分位于所述罐体安置架的第二层，所述中生物反应器放置于地面且顶部位于所述罐体安置架的第二层，所述中生物反应器的操作部分位于所述罐体安置架的第一层，所述小生物反应器安装于所述罐体安置架上且位于第二层，所述中生物反应器和所述大生物反应器受所述罐体安置架限制。

通过采用上述技术方案，通过设置罐体安置架，把生产室内的空间分隔，充分利用高度方向的空间，一方面，方便了大生物反应器的操作，由于大生物反应器的高度较高，操作时需要爬高操作，架梯子不安全，而设置罐体安置架后，虽然增多了房间内的结构布局，搭架子的成本相对架梯子更高，但罐体安置架的存在，使得人员可以去第二层操作，同时，罐体安置架又可以对中生物反应器和大生物反应器进行原地固定，不容易出现罐体不稳的情况，相比于在地面对大生物反应器和中生物反应器进行稳固，更加方便，同时小生物反应器安装在罐体安置架的上层又可以很方便的往中生物反应器输送物料，可以发挥物料本身的重力作用，小生物反应器又能相比于地面固定更方便，不用在地面操作固定物件对小生物反应器进行固定，而中生物反应器的操作部分位于第一层，方便操作，相比于中生物反应器也放置于第二次，不用在第二层爬的特别高，安全，同时，由于生物反应器上部分安装结构较小，错层放置的方式，整体空间利用率会更高，可以降低水平方向的空间占用，整个系统更加紧凑，管道长度更短，虽增加了罐体安置架的成本，但效果大大提升，在其他地方完成了成本节省。

可选的，多套所述生物反应器模块的所述大生物反应器安置于所述罐体安置架的同一侧，所述中生物反应器和所述小生物反应器位于所述罐体安置架的同一侧，且所述中生物反应器和所述小生物反应器交替布置。

通过采用上述技术方案，中生物反应器和下生物反应器安置于一侧，而大生物反应器本身一侧，然后通过生物反应器安装各部件后本身上小下大的特性，合理利用空间，紧凑化整个系统，小生物反应器利用两个中生物反应器之间的空间，同时同一生物反应器模块的大生物反应器、中生物反应器和小生物反应器位于完整的区域内，从而可以减少管路的交叉，降低管件布置的困难，而罐体安置架的存在，又能对管路的安装起到支持作用，降低管路对生物反应器的负担，方便人员走动观察和操作，相比于减轻负担的常规操作直接弯折部分支撑地面，充分利用了罐体安置架的特性。

可选的，所述大生物反应器和所述中生物反应器安置于所述罐体安置架的外侧边沿，所述罐体安置架外侧边沿开设有供所述大生物反应器和所述中生物反应器安置的安装缺口。

通过采用上述技术方案，通过在罐体安置架边沿设置安装缺口，使得大生物反应器的安装与罐体安置架之间不产生干涉，大生物反应器可以在不破坏罐体安置架的情况下，方便的脱离，从而方便后续的维护和调整，大生物反应器的安装也更加方便。

可选的，所述CIP清洗模块包括清洗输入管路和清洗回流管路，所述清洗输入管路位于所述罐体安置架的第二层，所述清洗回流管路位于所述罐体安置架的第一层；所述蒸汽消毒模块包括杀菌输入管路和杀菌回流管路，所述杀菌输入管路位于所述罐体安置架的第二层，所述杀菌回流管路位于所述罐体安置架的第一层，每个所述大生物反应器至少有一条管路连入所述清洗输入管路和所述杀菌输入管路且安装时从所述清洗输入管路和所述杀菌输入管路上翻并竖直向下接入所述大生物反应器，所述清洗回流管路和所述杀菌回流管路设置于地面，所述小生物反应器的底部出流的部分结构穿过所述罐体安置架位于第一层，并接入所述清洗回流管路和所述杀菌回流管路。

通过采用上述技术方案，清洗输入管路和杀菌输入管路设置于罐体安置架的第二层，清洗回流管路和杀菌回流管路设置于第一层，使得各条管路都可以得到支撑，由于清洗和杀菌从上到下的方式更加彻底，清洗输入管路、清洗回流管路、杀菌输入管路和杀菌回流管路充分利用罐体安置架，上下两层的布置放置，可以在高度空间上利用尽可能多的位置，减少管路叠加，管道布局更合理，同时清洗输入管路和杀菌输入管路在大生物反应器处的竖向延伸凸出的高度更低，对压力要求更低，管路竖直向下接入大生物反应器后，清洗和杀菌直冲效果更佳。

可选的，所述杀菌输入管路包括工业蒸汽管路和纯蒸汽管路，所述生物反应器和所述补料罐均开设有供所述工业蒸汽管路输入的第一消毒入口和供所述纯蒸汽管路输入的第二消毒入口，所述第一消毒入口位于罐体中部，所述第二消毒入口位于罐体顶部，所述纯蒸汽管路竖直向下接入所述第二消毒入口（62），且所述第二消毒入口均布有多个，所述纯蒸汽管路接入所述补料罐与所述生物反应器之间的管路以及所述物料输入模块的管路。

通过采用上述技术方案，杀菌输入管路设置工业蒸汽管路和纯蒸汽管路两路，其中生物反应器和补料罐均接入工业蒸汽管路和纯蒸汽管路，现有工业蒸汽进行初步消毒，然后再通过纯蒸汽进行最终消毒，降低纯蒸汽的使用量，由于生物反应器和补料罐的容积较大，对消毒蒸汽的耗量较高，完全使用纯蒸汽成本过大，通过增加一步工业蒸汽的步骤，降低成本，而补料管路以及物料输入模块的管路作为纯管路，通过纯蒸汽一步完成消毒，提高效率，降低成本，其中，第二消毒入口从顶部接入，均匀布置，确保各位置均能得到杀菌消毒。

可选的，所述中生物反应器设置有物料转移组件，所述物料转移组件包括物料管、物料块和物料驱动组件，所述物料管设置于所述中生物反应器顶部并与内部容腔连通，所述物料驱动组件驱动所述物料块于所述物料管内滑移。

通过采用上述技术方案，通过设置物料转移组件，一方面，可以调整改变中生物反应器的内部气压，由于小生物反应器物料较少，对气压的调整要求较低，而大生物反应器的容积过大，相似的物料转移组件的尺寸需求过大，对中生物反应器使用刚好合适，同时，在小生物反应器中的物料转移到中生物反应器时，可以通过物料驱动组件驱动物料块外移，降低中生物反应器内的气压，配合小生物反应器放置于罐体安置架的上层，物料本身的重力下流动作用，可以实现小生物反应器中的物料转移到中生物反应器，最后，由于中生物反应器和大生物反应器均放置于地面，当要进行中生物反应器中物料往大生物反应器中转移时，通过提前加压中生物反应器，配合外部填充进入顺利完成物料转移，可以快速启动物料通过管路上移进入大生物反应器，然后形成顺畅的类虹吸效应，加速物料的转移。

可选的，所述物料块始终部分位于所述中生物反应器的容腔内，所述中生物反应器上设置有供蒸汽消毒模块的蒸汽进入的第二消毒入口，所述第二消毒入口也供所述CIP清洗模块的清洗液进入，所述中生物反应器的第二消毒入口向上朝所述物料管方向倾斜设置。

通过采用上述技术方案，使得物料块进入中生物反应器内的部分可以得到清洗和消毒，解决了额外部件物料可能残留不易清洗杀菌的问题，配合第二消毒入口的均匀布置，以及第二消毒入口向上倾斜开设，对物料块进行更好的清洗杀菌。

可选的，还配套有超声波粉碎组件，所述超声波粉碎组件通过在管壁外包裹进行超声波粉碎作业。

通过采用上述技术方案，通过超声波粉碎组件对输送物料的管道进行超声波粉碎，清理管道内壁物料的附着。

可选的，所述生物反应器的外壁设置有环形观察管，所述环形观察管两端均与所述生物反应器内部连通，所述环形观察管透明可观察并通过在线监测系统对环形观察管内的物料进行浊度监测。

通过采用上述技术方案，通过环形观察管更好的观察生物反应器内物料的情况，通过在线监测系统实现监测物料，更好的掌控物料发酵的情况。

综上所述，通过把补料罐直接接入整个系统中，补料罐设置的补料管路分出多个补料支路分别接入多套生物反应器模块中的生物反应器中，起到相应的补料作用，这里的补料罐内可以是酸罐/碱罐，也可以是消泡剂罐，在生物反应系统中起到不同的作用，单个补料罐可以满足整个系统多个生物反应器的某一补料需求，减少整个系统的罐体数量，降低系统的复杂程度；在补料支路两端上设置CIP入口和CIP回口，从而可以对每个补料支路进行单独清洗，蒸汽消毒模块与CIP清洗模块在补料支路上共用CIP入口和CIP回口进行消毒过程，使得每个补料支路也能单独进行消毒作业，使得补料罐对每个生物反应器补料后可以单独进行消毒，互不影响，共用端口，降低了结构复杂度，也不容易出现结构死角，生物反应器和补料罐也设置有CIP入口和CIP回口可以进行各自的清洗消毒，实现补料过程的自动补料，减少每次补料的清洗消毒次数，减少清洗消毒物料的损耗，同时降低人工。

附图说明

图1是本申请实施例中生物反应系统的安放结构示意图；

图2是本申请实施例中生物反应系统的整体系统图；

图3是本申请实施例中生物反应系统中生物反应器模块的系统图；

图4是本申请实施例中生物反应系统中一套生物反应器模块与补料模块的关联系统图；

图5是本申请实施例中生物反应系统中补料罐为酸罐的系统图；

图6是本申请实施例中生物反应系统中补料罐为消泡剂罐的系统图；

图7是本申请实施例中生物反应系统中CIP清洗模块于第二层的管路排布图；

图8是本申请实施例中的中生物反应器的剖视图是；

图9是本申请实施例中的支撑柱的结构示意图；

图10是本申请实施例中转移设备的结构示意图；

图11是图10中A处的放大图；

图12是本申请实施例中地柱的剖视图；

图13是本申请实施例中气动搅拌装置的示意图。

附图标记说明：1、CIP清洗模块；11、清洗输入管路；12、清洗回流管路；13、CIP入口；14、CIP回口；2、蒸汽消毒模块；20、杀菌输入管路；21、工业蒸汽管路；22、纯蒸汽管路；23、杀菌回流管路；3、生物反应器模块；311、大生物反应器；312、中生物反应器；313、小生物反应器；321、两级过滤器；3211、液体过滤器；322、配液间；323、物料支路；4、补料模块；41、补料罐；42、补料管路；421、补料支路；5、罐体安置架；51、第一层；52、第二层；53、平台；54、立柱；55、安装缺口；6、生物反应器；61、第一消毒入口；62、第二消毒入口；7、物料转移组件；71、物料管；711、隔板；72、物料块；73、物料驱动组件；74、螺纹柱；8、转移设备；81、转移架体；811、圆弧延伸板；812、磁槽；82、转移支柱；821、滚轮；83、半圆包裹条；831、锁定插槽；84、锁定块；841、锁定凸起；85、关联锁杆；86、支撑柱；87、转移辊；88、转移槽；89、地柱；891、外圆管柱；892、地升液压柱；8921、转换孔；8922、转换柱；9、气动搅拌装置；91、搅拌轴；92、搅拌叶；93、伸缩出气件；931、大圆部；932、中间伸缩部；933、小圆部；94、隔膜单向阀；94、连通管；95、抽气管；10、环形观察管。

实施方式

以下结合附图1-13对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种生物反应系统。

参照图1和图2，一种生物反应系统，包括CIP清洗模块1、蒸汽消毒模块2、生物反应器模块3、补料模块4以及配套的用于放置上述各个模块的生产模块，生产模块包括生产室和设置于生产室内的罐体安置架5，罐体安置架5由平台53和支撑平台53的立柱54组成，通过平台53上下形成两层空间分别为位于平台53下方的第一层51和位于平台53上方的第二层52，其中生产室可以通过技术手段尽可能形成无菌环境，有利于系统的整体生产过程。

生物反应器模块3有多套，每套生物反应器模块3包括至少一个生物反应器6和物料输入模块，本实施例中生物反应器模块3有四套，每套生物反应器模块3均包括三个生物反应器6分别为大生物反应器311、中生物反应器312和小生物反应器313，用于形成生物倍增培养，所以大生物反应器311的容量为中生物反应器312的十倍，中生物反应器312的容量为小生物反应器313的十倍，本实施例中大生物反应器311、中生物反应器312和小生物反应器313的容量分别为1500L、150L和15L。

参照图3，物料输入模块用于往三个生物反应器6中输入基础培养物料即培养基，同时配套有输出基础培养物料的配液间322，物料输入模块包括两级过滤器321，配液间322输入物料经过两级过滤器321分出三条物料支路323，三条物料支路323按顺序依次分别接入小生物反应器313、中生物反应器312和大生物反应器311中，且每条物料支路323上均设置有相应的控制启闭的阀门，本实施例中阀门为气动隔膜阀，两级过滤后物料可自由选择进入小生物反应器313、中生物反应器312及大生物反应器311，其中，中生物反应器312和大生物反应器311设有两个物料进料口，其中一个物料进料口供物料支路323输入物料，小生物反应器313的出料口与中生物反应器312的另一个物料进料口连通，中生物反应器312的出料口与大生物反应器311的另一个物料进料口连通。

需要注意的是，两级过滤器321包括两个液体过滤器3211，物料依次经过两个液体过滤器3211，通过在一个液体过滤器3211两端设置由阀门控制的直接通路可以实现不同的效果，当设置于第一个液体过滤器3211时，由于第一个液体过滤器3211起主要过滤作用，当第一个液体过滤器3211需要维护时，可以打开另一条通路，而封闭原通路进行维护更换；当设置于第一个液体过滤器3211时，当第二个液体过滤器3211需要维护时，也能采用同样的方式，同时，在对培养基要求较低的情况下，也可以只进行单级过滤而进行直接物料输出。

参照图4和图5，补料模块4包括至少一个补料罐41，本实施例中补料罐41有两个，两个补料罐41一个为酸罐用于调节生物反应器6内PH环境，另一个补料罐41为消泡剂罐，两个补料罐41均设有补料管路42，补料管路42分设有多条补料支路421一一对应多套生物反应器模块3并接入相应生物反应器6，本实施例中，每个补料罐41的补料支路421的数量与大生物反应器311的数量一致为四条，补料罐41通过四条补料支路421一一对应与大生物反应器311连通。

图5和图6，补料罐41内为消泡剂时，消泡剂通过压力输入大生物反应器311内，补料罐41为酸罐时，补料支路421设置有蠕动泵输送补料进入大生物反应器311。

需要注意的时，由于用量不同，酸罐为100L，消泡剂罐为150L。

参照图1和图5，CIP清洗模块1用于对生物反应器6、补料罐41以及各个管路进行清洗，CIP清洗模块1的输入为碱罐、纯水罐以及注射水罐组成的独立系统，在此不再赘述，CIP清洗模块1包括清洗输入管路11和清洗回流管路12，清洗输入管路11位于罐体安置架5的第二层52安装于平台53上，清洗回流管路12位于罐体安置架5的第一层51安装于地面上，补料支路421连接补料罐41的一端设有供CIP清洗模块1接入的CIP入口13，由于四个补料支路421与补料管路42连通，所以补料支路421的CIP入口13设置于补料罐41与补料管路42连接的位置，使得一个CIP入口13可以关联四个补料支路421，通过每个补料支路421始端的阀门可以实现单独补料支路421的清洗，且每个补料支路421始端的阀门安装位置为靠近补料管路42的最小值距离，有利于清洗作业，每个补料支路421连接大生物反应器311的端口设置有接入CIP模块的CIP回口14，且补料支路421的CIP回口14与大生物反应器311之间也设置有阀门，此阀门也靠近补料支路421上的CIP回口14最小值距离。

参照图3，物料输入模块与配液间322连接的一端设置有CIP入口13，物料输入模块的每个物料支路323与生物反应器6连接的一端均设置有CIP回口14，用于物料输入模块的清洗，CIP入口13前和CIP回口14后也各自以最小距离设置有阀门。

参照图3、图4和图5，生物反应器6和补料罐41顶部均开设有第二消毒入口62，第二消毒入口62有多个均布与顶部一圈作为CIP入口13，生物反应器6和补料罐41底部最远的开口作为CIP回口14用于罐体的清洗。

蒸汽消毒模块2包括杀菌输入管路20和杀菌回流管路23，清洗输入管路11位于罐体安置架5的第二层52安装于平台53上，清洗回流管路12位于罐体安置架5的第一层51安装于地面上，杀菌输入管路20包括工业蒸汽管路21和纯蒸汽管路22两条，其中纯蒸汽管路22与清洗输入管路11共用CIP入口13以及第二消毒入口62进行纯蒸汽输入，纯蒸汽管路22与清洗输入管路11通过各自伸出的支路上各自设置阀门控制是进行清洗还是杀菌，补料罐41和生物反应器6开设有供工业蒸汽管路21输入的第一消毒入口61，第一消毒入口61位于罐体中部，纯蒸汽管路22竖直向下接入第二消毒入口62。

清洗杀菌时，补料管路42和四条补料支路421与相应的补料罐41统一进行清洗与灭菌，每个大生物反应器311使用结束后可自行执行清洗环节，相应补料支路421在清洗补料罐41时再进行联动清洗。

物料管71路与生物反应器6连接段在清洗时与相应生物反应器6共同清洗，但灭菌时与小生物反应器313同时灭菌，由小生物反应器313处供应蒸汽至两级过滤器321处排污检测，灭菌结束后由小生物反应器313内提供无菌空气进行管路保压。

两级过滤器321清洗与大生物反应器311同时进行，小生物反应器313及中生物反应器312管路均设计有单独CIP回，因此在使用后小生物反应器313及中生物反应器312后可以随时清洗，两级过滤器321灭菌设计为单独灭菌，无需与罐系统关联，两条物料支路323对应小生物反应器313与中生物反应器312的物料支路323使用灭菌配方管理模式，可以选择在相应生物反应器6灭罐时由罐内反消至两级过滤器321处进行排污与温度检测，也可选择在两级过滤器321灭菌时正消至生物反应器6进口处进行排污与温度检测，灭菌后由小生物反应器313内提供无菌空气维持管路内正压环境。

参照图1，大生物反应器311放置于地面且上部位于罐体安置架5的第二层52，大生物反应器311的操作部分位于罐体安置架5的第二层52，中生物反应器312放置于地面且顶部位于罐体安置架5的第二层52，中生物反应器312的操作部分位于罐体安置架5的第一层51，小生物反应器313安装于罐体安置架5上且位于第二层52，中生物反应器312和大生物反应器311受罐体安置架5限制，其中四套生物反应器模块3的大生物反应器311安置于罐体安置架5的同一侧，中生物反应器312和小生物反应器313位于罐体安置架5的同一侧，且中生物反应器312和小生物反应器313交替布置，大生物反应器311和中生物反应器312安置于罐体安置架5的外侧边沿，罐体安置架5外侧边沿开设有供大生物反应器311和中生物反应器312安置的安装缺口55，其中，中生物反应器312的操作部分朝内设置，而大生物反应器311的操作部分朝向中生物反应器312和小生物反应器313一侧。

参照图7，清洗输入管路11在第二层52布置如图所示，清洗输入管路11环绕一圈从小生物反应器313一侧开始交替经过小生物反应器313和中生物反应器312，每次经过生物反应器6时伸出一条相应的支路接入生物反应器6，环绕一圈后穿过平台53进入第一层51并接入清洗回流管路12，清洗回流管路12在第一层51的环绕方向与清洗输入管路11相反，每个生物反应器6底部也有一条支路与清洗回流管路12连接，杀菌输入管路20和清洗输入管路11相同延伸方向布置，杀菌回流管路23和清洗回流管路12也相应延伸方向布置，杀菌输入管路20和杀菌回流管路23上也相应的伸出支路，其中杀菌输入管路20有纯蒸汽管路22和工业蒸汽管路21两条，纯蒸汽管路22上伸出的支路与清洗输入管路11上支路汇入同一管路，在每个大生物反应器311上，安装时只有杀菌和清洗同时经过的支路上翻并竖直向下接入大生物反应器311；清洗回流管路12和杀菌回流管路23在同一生物反应器6位置伸出的支路汇入同一条管路，小生物反应器313的底部出流的部分结构穿过罐体安置架5位于第一层51，并接入清洗回流管路12和杀菌回流管路23汇入的同一条管路。

本实施例中，由于管路本身较细，管壁容易出现物料挂壁的情况，所以还配套有如超声波粉碎组件，通过在管壁外包裹进行超声波粉碎作业，或通过其他粉碎工具进行操作，同时，也可以对生物反应器6的内壁进行粉碎作业，当使用时，把相应发射超声波的部件安装在生物反应器6相应位置上，粉碎完毕后可以取下。

参照图8，同时，生物反应器6的外壁设置有环形观察管10，环形观察管10两端均与生物反应器6内部连通，环形观察管10透明可观察，通过在线监测系统对环形观察管10内的物料进行浊度监测。

环形观察管10有两种设置方案，其一，环形观察管10沿着生物反应器6的周向延伸，物料在生物反应器6内的搅拌装置的带动下在环形观察管10内不断流动，此方案中，环形观察管10也可以为平板装置悬伸于生物反应器6外，其二，环形观察管10的两端分设上下位于生物反应器6的不同高度，生物反应器6内设置有物料泵，通过物料泵不断把物料泵入环形观察管10内，物料从环形观察管10的下端进入上端返回生物反应器6，此时物料泵也起到了搅拌作用，清洗时，物料泵把清洗的溶液也泵入物料管内，物料泵和环形观察管10内的清洗通过物料泵本身的动力实现。

参照图8，中生物反应器312设置有物料转移组件7，物料转移组件7包括物料管71、物料块72和物料驱动组件73，物料管71一体设置于中生物反应器312的顶盖上，且物料管71中部开设有供物料块72滑移安装的滑移腔，物料腔与中生物反应器312内部容腔连通，物料块72为圆柱，使得物料块72可以伸入中生物反应器312内部，物料块72顶部为阶梯柱状，且顶部阶梯面为圆弧斜面，使得物料块72始终部分位于中生物反应器312的容腔内的同时，降低物料的残留，且物料块72伸入达到最大行程时，位于中生物反应器312的第二消毒入口62下方，且中生物反应器312的第二消毒入口62向上朝物料管71方向倾斜设置，物料驱动组件73驱动物料块72于物料管71内滑移，物料驱动组件73可以为油缸也可以为电机，当物料驱动组件73为电机时，物料块72外部一端设置有螺纹柱74，物料管71中部设置有隔板711，电机滑移安装于物料管71内隔板711的上方，物料块72位于隔板711下方，螺纹柱74与隔板711螺纹连接，物料驱动组件73驱动螺纹柱74旋转，进而带动物料块72和电机一起滑移；电机也可以固定在物料管71外部的一端，且电机的电机轴与螺纹柱74之间采用弹性连接，电机轴可以带动螺纹柱74旋转，同时螺纹柱74与电机轴之间的距离可以相互远离和靠近。当然物料驱动组件73也可以为其他等效的驱动机构。

参照图9和图10，中生物反应器312和大生物反应器311底部设置有转移结构并配套有转移设备8，以大生物反应器311为例，大生物反应器311底部设置有四根支撑柱86，四根支撑柱86分设四角对大生物反应器311进行支撑，其中一侧的两根支撑柱86下方开设有转移槽88，转移结构包括转移辊87、转移槽88和地柱89，转移槽88的横截面为半圆，转移辊87安装于转移槽88内，地柱89有两个，两个地柱89对应两个未开设转移槽88的支撑柱86，地柱89的高度等于一半的转移辊87的直径，其中地柱89位于远离罐体安置架5的一侧。

参照图10和图11，转移设备8包括转移架体81、转移支柱82和半圆包裹条83，转移架体81适配大生物反应器311一侧的柱面，转移架体81下部延伸设置有适配大生物反应器311的下部的圆弧延伸板811，转移支柱82有四个，四个转移支柱82沿转移架体81圆弧延伸方向间隔设置，且两两转移支柱82位于圆弧延伸板811两侧，转移支柱82底部安装有滚轮821。

半圆包裹条83与转移架体81形成适配大生物反应器311外径的圆，转移架体81上开设有供半圆包裹条83放置的磁槽812，半圆包裹条83两端磁吸安置于磁槽812内，转移架体81上滑移安装有锁定块84，锁定块84上凸出设置有锁定凸起841，锁定块84有两个，两个锁定块84分别位于磁槽812上方，两个锁定块84通过一根关联锁杆85连接为一体，通过关联锁杆85可以控制两个锁定块84同时滑移，半圆包裹条83的两端开设有供锁定凸起841插入的锁定插槽831，且转移架体81和半圆包裹条83形成的圆的轴线与转移支柱82的轴线呈一微小角度，使得大生物反应器311安装在转移设备8上时，大生物反应器311未设置转移辊87的支撑柱86向上翘起，通过转移设备8上的滚轮821和转移辊87配合，使得大生物反应器311可以滑移，同时，当大生物反应器311卡入罐体安置架5的安装缺口55内时，解开锁定块84对半圆包裹条83的限制，大生物反应器311在重力作用下克服半圆包裹条83与磁槽812之间的磁吸力绕滚动转移辊87向下运动，通过支撑柱86与地柱89的抵接，实现大生物反应器311的安置，且开设转移槽88的两根支撑柱86于转移槽88靠近另外两根支撑柱86的一侧凸设有凸块，当大生物反应器311与地柱89抵接时，支撑柱86上的凸块也抵接地面，降低大生物反应器311平稳放置时，转移辊87承受的压力，降低变形，转移辊87不容易脱离转移槽88，同时，不影响大生物反应器311的转移过程。

同时，半圆包裹条83的两端之间通过可拆卸连接一根弹性绳包裹转移架体81，使得半圆包裹条83解锁后，大生物反应器311脱离过程可以更好的缓冲。

参照图9和图12，地柱89包括固定在地面上的外圆管柱891部分和滑移安装于外圆管柱891内的液压系统控制的地升液压柱892，地升液压柱892的上端面靠近罐体安置架5的部分向下倾斜一角度设置，且倾斜的角度于转移架体81相对转移支柱82倾斜的角度一致，地升液压柱892顶部水平开设有贯穿的转换孔8921，并于转换孔8921内滑移穿装有转换柱8922，转换孔8921两端设有限制转换柱8922脱离的结构，转换孔8921于底柱上端面倾斜部分和不倾斜部分相交位置开口，转换柱8922外壁裸露，通过转换柱8922起到支撑转移作用，当需要把罐体安置架5上的大生物反应器311转移走进行更换维修时，通过地柱89的地升液压柱892顶起大生物反应器311，使得大生物反应器311倾斜后与转移设备8适配。

参照图13，生物反应器6内均设置有搅拌装置，其中中生物反应器312和大生物反应器311内为由电机带动的搅拌轴91以及搅拌叶92构成，搅拌轴91穿过生物反应器6的位置通过轴封保障密封性，小生物反应器313上则设置有气动搅拌装置9，小生物反应器313作为源头菌群，需要保障发酵环境，轴封处失效的影响更大，且由于本身体积较小，搅拌轴91可以通过气体驱动实现一定程度的旋转搅拌，具体的，气动搅拌装置9包括搅拌轴91、搅拌叶92、伸缩出气件93和出气驱动件，小生物反应器313顶部一体设置有贯通小生物反应器313内外的连通管95和抽气管96，搅拌轴91下端与小生物反应器313内的底壁转动连接，连通管95位于小生物反应器313内的一端与搅拌轴91上端连通且可以相对转动，搅拌叶92有多组，多组搅拌叶92沿搅拌轴91轴线方向间隔布置，每组搅拌叶92由多个搅拌叶92绕搅拌轴91间隔角度设置组成，本实施例中每组搅拌叶92有三个，其中位于最上方的一组搅拌叶92朝同一旋转方向开设有出气的孔，搅拌轴91内开设有气道连通搅拌叶92上的孔。

参照图13，伸缩出气件93为沿轴线直径不断变化的轴体，伸缩出气件93一端与连通管95通过管路连通，另一端与抽气管96通过管路连通，其中伸缩出气件93与抽气管96连通的一端设置有隔膜单向阀94，使得通过抽气管96只能把小生物反应器313内的气体送入伸缩出气件93，伸缩出气件93包括大圆部931、小圆部933和中间伸缩部932，大圆部931和小圆部933有多个且交替设置，每个大圆部931和小圆部933之间通过中间伸缩部932一体关联，中间伸缩部932呈圆台状，大圆部931的直径大于小圆部933的直径，伸缩出气件93内部中空，伸缩出气件93至少中间伸缩部932为柔性材质，通过伸缩出气件93沿轴线方向两端靠近和远离运动，实现抽吸气，也可以整个伸缩出气件93均采用柔性材料，而大圆部931内部和小圆部933内部设置有圆环形的硬质骨架， 使得伸缩出气件93伸缩时保持状态，出气驱动件用于驱动伸缩出气件93的两端做往复的靠近和远离运动，出气驱动件可以为气缸，出气伸缩件一端固定，另一端与气缸的活塞杆固定，实现驱动。

其中，为了更好的抽吸，当伸缩出气件93与连通管95连通的一端通过小生物反应器313内的液体阻止反向抽入时，伸缩出气件93的高度比小生物反应器313高足够高，同时出气驱动件的驱动频率需要给予液体回流过程，而只于最上方的搅拌叶92开孔，也使得气体打入搅拌轴91的行程更短，同时，在伸缩出气件93两端均设置隔膜单向阀94也能相应的解决问题。

同时为了保压，伸缩出气件93可以使用两个，两个伸缩出气件93并联并交替运动，两个伸缩出气件93的两端均单独设置隔膜单向阀94，从而在保压的情况下，不断往搅拌轴91内输入其他，搅拌叶92输出的气体即带动搅拌轴91旋转，本身气体也起到一定的搅拌作用。

其中，伸缩出气件93与抽气管96连通的一端也设置有CIP入口13且位于隔膜单向阀94与抽气管96之间，使得消毒系统也能对气动搅拌装置9进行清洗杀菌消毒，且搅拌叶92上喷出的过程，由于搅拌叶92旋转，可以更好的对小生物器内壁进行清洗杀菌消毒，伸缩出气件93的清洗杀菌和小生物反应器313的清洗杀菌同步进行时，由于搅拌叶92旋转，也可以通过小生物反应器313上的CIP入口13更好的对搅拌叶92和搅拌轴91进行清洗杀菌消毒。

另一种实施方式有两个伸缩件四个单向阀交替进行，保压保持续运行

本实施例中出现的所有阀门均优选为气动隔膜阀。

本申请实施例一种生物反应系统的实施原理为：输入物料通过两级过滤器321后送入大生物反应器311、中生物反应器312和小生物反应器313，设置大生物反应器311、中生物反应器312和小生物反应器313，通过小生物反应器313进行快速培养，小生物反应器313又把培养后的物料送入中生物反应器312进行下一步的快速培养，中生物反应器312培养完毕后又送入大生物反应器311进行培养，进行生物倍增培养，形成一个循环，补料罐41往大生物反应器311中补料。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种生物反应系统，其特征在于：包括CIP清洗模块（1）、蒸汽消毒模块（2）、生物反应器模块（3）和补料模块（4），所述生物反应器模块（3）有多套，每套包括至少一个生物反应器（6），所述补料模块（4）包括至少一个补料罐（41），所述补料罐（41）设有补料管路（42），所述补料管路（42）分设有多条补料支路（421）一一对应多套所述生物反应器模块（3）并接入相应生物反应器（6），所述补料支路（421）连接所述补料罐（41）的一端设有供所述CIP清洗模块（1）接入的CIP入口（13），每个所述补料支路（421）连接所述生物反应器（6）的端口设置有接入CIP模块的CIP回口（14），所述蒸汽消毒模块（2）于所述补料管路（42）上与所述CIP清洗模块（1）共用所述CIP入口（13）进行蒸汽输入杀菌消毒，所述蒸汽消毒模块（2）的回路与所述CIP清洗模块（1）共用所述CIP回口（14）进行清洗和杀菌消毒的物料回料过程，所述蒸汽消毒模块（2）和所述CIP清洗模块（1）于所述CIP入口（13）外设置相应的阀门控制开启清洗或消毒；所述生物反应器（6）和所述补料罐（41）也设置有CIP入口（13）和CIP回口（14）。

2.根据权利要求1所述的一种生物反应系统，其特征在于：所述生物反应器模块（3）包括三个容积不同的生物反应器（6）和物料输入模块，三个容积不同的所述生物反应器（6）根据容积从大到小分别设为大生物反应器（311）、中生物反应器（312）和小生物反应器（313）；所述物料输入模块包括两级过滤器（321），输入物料经过所述两级过滤器（321）分出三条物料支路（323）并分别接入所述大生物反应器（311）、所述中生物反应器（312）和所述小生物反应器（313）中，每个所述物料支路（323）设有阀门，所述中生物反应器（312）和所述大生物反应器（311）设有两个物料进料口，所述小生物反应器（313）的出料口与所述中生物反应器（312）的一个物料进料口连通，所述中生物反应器（312）的出料口与所述大生物反应器（311）的一个物料进料口连通。

3.根据权利要求2所述的一种生物反应系统，其特征在于：所述补料支路（421）的数量与所述大生物反应器（311）的数量一致，所述补料罐（41）通过所述补料支路（421）一一对应与所述大生物反应器（311）连通，所述补料罐（41）内为消泡剂时，所述消泡剂通过压力输入所述大生物反应器（311）内，所述补料罐（41）为酸罐时，所述补料支路（421）设置有蠕动泵输送补料进入所述大生物反应器（311）。

4.根据权利要求2所述的一种生物反应系统，其特征在于：多套所述生物反应器模块（3）设置于一间生产室内，所述生产室内设置有罐体安置架（5），所述罐体安置架（5）分隔所述生产室于所述罐体安置架（5）位置为两层，所述大生物反应器（311）放置于地面且上部位于所述罐体安置架（5）的第二层（52），所述大生物反应器（311）的操作部分位于所述罐体安置架（5）的第二层（52），所述中生物反应器（312）放置于地面且顶部位于所述罐体安置架（5）的第二层（52），所述中生物反应器（312）的操作部分位于所述罐体安置架（5）的第一层（51），所述小生物反应器（313）安装于所述罐体安置架（5）上且位于第二层（52），所述中生物反应器（312）和所述大生物反应器（311）受所述罐体安置架（5）限制。

5.根据权利要求4所述的一种生物反应系统，其特征在于：多套所述生物反应器模块（3）的所述大生物反应器（311）安置于所述罐体安置架（5）的同一侧，所述中生物反应器（312）和所述小生物反应器（313）位于所述罐体安置架（5）的同一侧，且所述中生物反应器（312）和所述小生物反应器（313）交替布置。

6.根据权利要求4所述的一种生物反应系统，其特征在于：所述大生物反应器（311）和所述中生物反应器（312）安置于所述罐体安置架（5）的外侧边沿，所述罐体安置架（5）外侧边沿开设有供所述大生物反应器（311）和所述中生物反应器（312）安置的安装缺口（55）。

7.根据权利要求4所述的一种生物反应系统，其特征在于：所述CIP清洗模块（1）包括清洗输入管路（11）和清洗回流管路（12），所述清洗输入管路（11）位于所述罐体安置架（5）的第二层（52），所述清洗回流管路（12）位于所述罐体安置架（5）的第一层（51）；所述蒸汽消毒模块（2）包括杀菌输入管路（20）和杀菌回流管路（23），所述杀菌输入管路（20）位于所述罐体安置架（5）的第二层（52），所述杀菌回流管路（23）位于所述罐体安置架（5）的第一层（51），每个所述大生物反应器（311）至少有一条管路连入所述清洗输入管路（11）和所述杀菌输入管路（20）且安装时从所述清洗输入管路（11）和所述杀菌输入管路（20）上翻并竖直向下接入所述大生物反应器（311），所述清洗回流管路（12）和所述杀菌回流管路（23）设置于地面，所述小生物反应器（313）的底部出流的部分结构穿过所述罐体安置架（5）位于第一层（51），并接入所述清洗回流管路（12）和所述杀菌回流管路（23）。

8.根据权利要求7所述的一种生物反应系统，其特征在于：所述杀菌输入管路（20）包括工业蒸汽管路（21）和纯蒸汽管路（22），所述生物反应器（6）和所述补料罐（41）均开设有供所述工业蒸汽管路（21）输入的第一消毒入口（61）和供所述纯蒸汽管路（22）输入的第二消毒入口（62），所述第一消毒入口（61）位于罐体中部，所述第二消毒入口（62）位于罐体顶部，所述纯蒸汽管路（22）竖直向下接入所述第二消毒入口（62），且所述第二消毒入口（62）均布有多个，所述纯蒸汽管路（22）接入所述补料罐（41）与所述生物反应器（6）之间的管路以及所述物料输入模块的管路。

9.根据权利要求5所述的一种生物反应系统，其特征在于：所述中生物反应器（312）设置有物料转移组件（7），所述物料转移组件（7）包括物料管（71）、物料块（72）和物料驱动组件（73），所述物料管（71）设置于所述中生物反应器（312）顶部并与内部容腔连通，所述物料驱动组件（73）驱动所述物料块（72）于所述物料管（71）内滑移。

10.根据权利要求9所述的一种生物反应系统，其特征在于：所述物料块（72）始终部分位于所述中生物反应器（312）的容腔内，所述中生物反应器（312）上设置有供蒸汽消毒模块（2）的蒸汽进入的第二消毒入口（62），所述第二消毒入口（62）也供所述CIP清洗模块（1）的清洗液进入，所述中生物反应器（312）的第二消毒入口（62）向上朝所述物料管（71）方向倾斜设置。

11.根据权利要求1所述的一种生物反应系统，其特征在于：还配套有超声波粉碎组件，所述超声波粉碎组件通过在管壁外包裹进行超声波粉碎作业。

12.根据权利要求1所述的一种生物反应系统，其特征在于：所述生物反应器的外壁设置有环形观察管（10），所述环形观察管（10）两端均与所述生物反应器内部连通，所述环形观察管（10）透明可观察并通过在线监测系统对环形观察管（10）内的物料进行浊度监测。