CN117431161A - 贴壁细胞培养生物反应器及贴壁细胞培养方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种贴壁细胞培养生物反应器及贴壁细胞培养方法，所述贴壁细胞培养生物反应器包括：预混罐、载体罐、混匀组件和加热组件；所述预混罐连接有补气组件和补液组件；所述混匀组件与所述预混罐连接，用于混匀所述预混罐中的流体；所述加热组件与所述预混罐连接，用于加热所述预混罐中的流体；所述预混罐和所述载体罐之间连接有循环管路组件，所述预混罐通过所述循环管路组件向所述载体罐输送加热混匀后的流体，所述载体罐中设置有载体，所述载体用于贴壁细胞培养。本发明的目的在于克服现有的缺陷而提供的贴壁细胞培养生物反应器及贴壁细胞培养方法，可以有效地解决细胞的损伤问题，结构简单，安装方便。

Description

贴壁细胞培养生物反应器及贴壁细胞培养方法

技术领域

本发明涉及细胞培养技术领域，尤其涉及一种贴壁细胞培养生物反应器及贴壁细胞培养方法。

背景技术

贴壁细胞反应器是一种用于培养贴壁细胞的体外培养系统。它提供了一个模拟体内环境的平台，使细胞能够附着在培养皿或载体表面，并在其上生长和繁殖。

现有的贴壁细胞反应器的主要缺点包括：现有的一次性贴壁生物反应器如果产生瀑布流需要很大的转速，对细胞的损伤很大。现有的一次性贴壁生物反应器，结构复杂，灵活性差，制造成本高昂，设计繁琐，溶氧控制难度大。温控控制难度大。因此针对以上问题提出贴壁细胞培养生物反应器及贴壁细胞培养方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的缺陷而提供的贴壁细胞培养生物反应器及贴壁细胞培养方法，可以有效地解决细胞的损伤问题，结构简单，安装方便。

实现上述目的的技术方案是：贴壁细胞培养生物反应器，包括：预混罐、载体罐、混匀组件和加热组件；

所述预混罐连接有补气组件和补液组件；所述混匀组件与所述预混罐连接，用于混匀所述预混罐中的流体；所述加热组件与所述预混罐连接，用于加热所述预混罐中的流体；所述预混罐和所述载体罐之间连接有循环管路组件，所述预混罐通过所述循环管路组件向所述载体罐输送加热混匀后的流体，所述载体罐中设置有载体，所述载体用于贴壁细胞培养。

优选的，所述补气组件包括若干条气体管路，每条气体管路上均设置有流量阀，所有的气体管路均通过一混合管路与所述预混罐连接，所述混合管路上设置有第一电磁阀。

优选的，所述补气组件包括工艺空气管路、氧气管路、二氧化碳管路和氮气管路，所述工艺空气管路、所述氧气管路、所述二氧化碳管路和所述氮气管路分别用于向所述预混罐输送洁净的压缩空气、氧气、二氧化碳和氮气。

优选的，所述补液组件包括：第一泵、第三储液瓶、第四储液瓶、第一管道、第二管道和第三管道；

所述第三储液瓶连接所述第一管道的输入端，所述第四储液瓶连接所述第一管道的输出端，所述第二管道的两端分别连接所述预混罐的第三端口和第四端口，所述第二管道和所述第一管道通过所述第三管道连接；所述第一泵与所述第三管道连接；

所述第一泵与所述预混罐的第四端口之间设置有第二电磁阀，所述第一泵与所述预混罐的第三端口之间设置有第三电磁阀，所述第一泵与所述第四储液瓶之间设置有第四电磁阀，所述第一泵与所述第三储液瓶之间设置有所述第五电磁阀。

优选的，所述补液组件还包括：第二泵、第三泵、第二储液瓶、第一储液瓶、第四管道和第五管道；

所述第一储液瓶通过所述第四管道连接所述预混罐的第一端口，所述第三泵与所述第四管道连接；

所述第二储液瓶通过所述第五管道连接所述预混罐的第二端口，所述第二泵与所述第五管道连接。

优选的，所述循环管路组件包括第四泵、第六管道和第七管道；

所述第六管道的一端连接所述预混罐的输出端，另一端连接所述载体罐的输入端；所述第七管道的一端连接所述载体罐的输出端，另一端连接所述预混罐的输入端；所述第四泵与所述第六管道连接。

优选的，所述混匀组件包括搅拌装置，所述搅拌装置用于对所述预混罐内的流体进行搅拌；

所述加热组件包括电加热装置，所述电加热装置连接在所述预混罐的下端。

优选的，还包括：第五储液瓶和滤器；

所述第五储液瓶与所述第六管道连接，所述滤器通过第八管道连接所述预混罐，所述第八管道上设置有调节阀。

优选的，所述载体罐包括壳体和载体，所述载体位于所述壳体的内部，所述载体为多层结构，每一层均为多孔的网格结构。

相应的，本申请还提供一种贴壁细胞培养方法，包括：

提供如上所述的贴壁细胞培养生物反应器；

在所述贴壁细胞培养生物反应器的预混罐中对流体进行加热和混匀处理；

在所述贴壁细胞培养生物反应器的载体罐中进行贴壁细胞培养，同时让加热混匀后的流体在所述预混罐与所述载体罐之间循环流动。

本发明的有益效果是：

1)细胞附着和生长的均匀性：传统的贴壁细胞培养方法中，细胞容易在培养皿表面聚集或附着不均匀，导致细胞生长不均匀。本贴壁细胞培养生物反应器，通过将传统的反应罐分成载体罐和预混罐，细胞培养仅在载体罐中，培养基经过预混罐后泵送进入载体罐中，这种方式能够为细胞提供均匀的液体流动，提高细胞附着和生长的均匀性，提高细胞培养的一致性，同时降低剪切力对细胞生产的影响。可以用较低的速度产生瀑布流，进而有效解决细胞的损伤问题。

2)细胞代谢产物的累积和排除：在传统的贴壁细胞培养中，细胞代谢产物往往会在培养皿中积累，影响细胞的生长和代谢。本贴壁细胞培养生物反应器，通过微流控技术或特殊的液体循环系统，实现细胞代谢产物的及时排除，维持培养环境的稳定。

3)细胞与外界环境的交互：本贴壁细胞培养生物反应器可以提供更加精确的细胞环境控制和监测。例如，可以通过微流控技术调控细胞所受到的剪切力、流速和流动方向，模拟细胞在体内的微环境。同时，可以在反应器中集成传感器和检测设备，实时监测细胞的生长、代谢和反应。

4)细胞培养的可伸缩性和高通量性：载体罐中的载体可采用多孔板、微孔板或微流体芯片等形式，可以同时进行多个细胞培养，提高培养的可伸缩性和高通量性。这对于高通量筛选、药物研发和组织工程等领域的研究具有重要意义。

5)本贴壁细胞培养生物反应器，结构简单，安装方便。

附图说明

图1是本发明贴壁细胞培养生物反应器的连接示意图。

图中：1、第一流量阀；2、第二流量阀；3、第三流量阀；4、第四流量阀；5、第一电磁阀；6、预混罐；7、第二电磁阀；8、第三电磁阀；9、第一泵；10、第四电磁阀；11、第五电磁阀；12、第二泵；13、第三泵；14、第一储液瓶；15、第二储液瓶；16、第三储液瓶；17、第四储液瓶；18、混匀装置；19、滤器；20、调节阀；21、第五储液瓶；22、第四泵；23、载体罐；24、电加热装置；25、工艺空气管路；26、氧气管路；27、二氧化碳管路；28、氮气管路；29、第一管道；30、第二管道；31、第三管道；32、第四管道；33、第五管道；34、第六管道；35、第七管道；36、第八管道；37、混合管路。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相正对地重要性。

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，贴壁细胞培养生物反应器，包括：预混罐6、载体罐23、混匀组件和加热组件；预混罐6连接有补气组件和补液组件；混匀组件与预混罐6连接，用于混匀预混罐6中的流体；加热组件与预混罐6连接，用于加热预混罐6中的流体；预混罐6和载体罐23之间连接有循环管路组件，预混罐6通过循环管路组件向载体罐23输送加热混匀后的流体，载体罐23中设置有载体，载体用于贴壁细胞培养。

如图1所示，补气组件包括若干条气体管路，每条气体管路上均设置有流量阀，有的气体管路均通过一混合管路37与预混罐6连接，混合管路37上设置有第一电磁阀5。

如图1所示，补气组件包括工艺空气管路25、氧气管路26、二氧化碳管路27和氮气管路28，工艺空气管路25、氧气管路26、二氧化碳管路27和氮气管路28分别用于向预混罐6输送洁净的压缩空气、氧气、二氧化碳和氮气。

如图1所示，补液组件包括：第一泵9、第三储液瓶16、第四储液瓶17、第一管道29、第二管道30和第三管道31；第三储液瓶16连接第一管道29的输入端，第四储液瓶17连接第一管道29的输出端，第二管道30的两端分别连接预混罐6的第三端口和第四端口，第二管道30和第一管道29通过第三管道31连接；第一泵9与第三管道31连接；第一泵9与预混罐6的第四端口之间设置有第二电磁阀7，第一泵9与预混罐6的第三端口之间设置有第三电磁阀8，第一泵9与第四储液瓶17之间设置有第四电磁阀10，第一泵9与第三储液瓶16之间设置有第五电磁阀11。

如图1所示，补液组件还包括：第二泵12、第三泵13、第二储液瓶15、第一储液瓶14、第四管道32和第五管道33；第一储液瓶14通过第四管道32连接预混罐6的第一端口，第三泵13与第四管道32连接；第二储液瓶15通过第五管道33连接预混罐6的第二端口，第二泵12与第五管道33连接。

如图1所示，循环管路组件包括第四泵22、第六管道34和第七管道35；第六管道34的一端连接预混罐6的输出端，另一端连接载体罐23的输入端；第七管道35的一端连接载体罐23的输出端，另一端连接预混罐6的输入端；第四泵22与第六管道34连接。

如图1所示，混匀组件包括搅拌装置18，搅拌装置18用于对预混罐6内的流体进行搅拌；加热组件包括电加热装置24，电加热装置24连接在预混罐6的下端。

如图1所示，还包括：第五储液瓶21和滤器19；第五储液瓶21与第六管道34连接，滤器19通过第八管道36连接预混罐6，第八管道36上设置有调节阀20。

如图1所示，载体罐23包括壳体和载体，载体位于壳体内部，载体为多层结构，每一层均为多孔的网格结构。

具体的，通过将传统的反应罐分成载体罐23和预混罐6，细胞培养仅在载体罐23中，培养基经过预混罐6后泵送进入载体罐23中，这种方式能够为细胞提供均匀的液体流动，提高细胞附着和生长的均匀性，提高细胞培养的一致性，同时降低剪切力对细胞生产的影响，同时也实现了安装简单，高效。

具体的，四路气体(工艺空气、氧气、二氧化碳和氮气)由流量阀(第一流量阀1、第二流量阀2、第三流量阀3和第四流量阀4)精确控制气体流量，进入预混罐6预混。

具体的，第二储液瓶15、第一储液瓶14、第三储液瓶16和第四储液瓶17内的四路液体分别为(酸、碱、糖分、培养基)经由泵第一泵9、第二泵12和第三泵13进入预混罐6预混；

混匀装置18可以包括驱动电机和搅拌桨，搅拌桨与驱动电机的输出端连接，驱动电机带动搅拌桨旋转，对预混罐6中的物质进行预混。

电加热装置24利用底部加热技术控温，相比电热毯加热效率高，更可靠。

如图1所示，还包括第五储液瓶21，第五储液瓶21连接第六管道34。第五储液瓶21内为种子，接入时通过第四泵22进入载体罐23，

还包括滤器19，滤器19通过第八管道36连接预混罐6，第八管道36上连接调节阀20。通过调节阀20的启停对预混罐6内的尾气进行排放，滤器19起到过滤尾气的作用。

具体的，载体罐23包括壳体和载体，载体位于壳体内部，载体为多孔的网格结构。载体可以为多孔板、微孔板或微流体芯片。多孔板、微孔板一般由多层叠加而成，每一层均为网格结构，每一层的网格有一定的错位。载体罐设计成多孔板、微孔板或微流体芯片等形式，可以实现对多个细胞培养的同时进行，提高培养的可伸缩性和高通量性。这对于高通量筛选、药物研发和组织工程等领域的研究具有重要意义。

具体的，培养基通过第一泵9打入预混罐6内，通过混匀装置18预混，然后通过第六管道34和第四泵22打入载体罐23，然后通过载体罐23的出口第七管道35再次进入预混罐6,这一过程为一个循环，第五储液瓶21内的种子接入时通过第四泵22进入载体罐23，

具体的，第二储液瓶15、第一储液瓶14、第三储液瓶16和第四储液瓶17内的四路液体分别为(酸、碱、糖分、培养基)经由泵第一泵9、第二泵12和第三泵13进入预混罐6预混；糖分和培养基(第三储液瓶16和第四储液瓶17)可合用同一个泵(第一泵9)；四路气体(工艺空气、氧气、二氧化碳和氮气)由流量阀(第一流量阀1、第二流量阀2、第三流量阀3和第四流量阀4)精确控制气体流量，进入预混罐6预混,随着培养基，由第四泵22进入载体罐23,然后从载体罐23出口流入预混罐6。通过微流控技术或特殊的液体循环系统，实现细胞代谢产物的及时排除，维持培养环境的稳定。

一种贴壁细胞培养方法，包括：

提供如上所述的贴壁细胞培养生物反应器；

在贴壁细胞培养生物反应器的预混罐6中对流体进行加热和混匀处理；

在贴壁细胞培养生物反应器的载体罐23中进行贴壁细胞培养，同时让加热混匀后的流体在预混罐6与载体罐23之间循环流动。

本实施例提供的贴壁细胞培养生物反应器，由于流体混匀和细胞培养分别设置于不同的罐体中，因此可以提供更加精确的细胞环境控制和监测。例如，可以通过微流控技术调控细胞所受到的剪切力、流速和流动方向，模拟细胞在体内的微环境。同时，可以在反应器中集成传感器和检测设备，实时监测细胞的生长、代谢和反应。

另外，本贴壁细胞培养生物反应器，结构简单，安装方便。

以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种贴壁细胞培养生物反应器，其特征在于，包括：预混罐(6)、载体罐(23)、混匀组件和加热组件；

所述预混罐(6)连接有补气组件和补液组件；所述混匀组件与所述预混罐(6)连接，用于混匀所述预混罐(6)中的流体；所述加热组件与所述预混罐(6)连接，用于加热所述预混罐(6)中的流体；所述预混罐(6)和所述载体罐(23)之间连接有循环管路组件，所述预混罐(6)通过所述循环管路组件向所述载体罐(23)输送加热混匀后的流体，所述载体罐(23)中设置有载体，所述载体用于贴壁细胞培养。

2.根据权利要求1所述的贴壁细胞培养生物反应器，其特征在于，所述补气组件包括若干条气体管路，每条气体管路上均设置有流量阀，所有的气体管路均通过一混合管路(37)与所述预混罐(6)连接，所述混合管路(37)上设置有第一电磁阀(5)。

3.根据权利要求1所述的贴壁细胞培养生物反应器，其特征在于，所述补气组件包括工艺空气管路(25)、氧气管路(26)、二氧化碳管路(27)和氮气管路(28)，所述工艺空气管路(25)、所述氧气管路(26)、所述二氧化碳管路(27)和所述氮气管路(28)分别用于向所述预混罐(6)输送洁净的压缩空气、氧气、二氧化碳和氮气。

4.根据权利要求1所述的贴壁细胞培养生物反应器，其特征在于，所述补液组件包括：第一泵(9)、第三储液瓶(16)、第四储液瓶(17)、第一管道(29)、第二管道(30)和第三管道(31)；

所述第三储液瓶(16)连接所述第一管道(29)的输入端，所述第四储液瓶(17)连接所述第一管道(29)的输出端，所述第二管道(30)的两端分别连接所述预混罐(6)的第三端口和第四端口，所述第二管道(30)和所述第一管道(29)通过所述第三管道(31)连接；所述第一泵(9)与所述第三管道(31)连接；

所述第一泵(9)与所述预混罐(6)的第四端口之间设置有第二电磁阀(7)，所述第一泵(9)与所述预混罐(6)的第三端口之间设置有第三电磁阀(8)，所述第一泵(9)与所述第四储液瓶(17)之间设置有第四电磁阀(10)，所述第一泵(9)与所述第三储液瓶(16)之间设置有所述第五电磁阀(11)。

5.根据权利要求3所述的贴壁细胞培养生物反应器，其特征在于，所述补液组件还包括：第二泵(12)、第三泵(13)、第二储液瓶(15)、第一储液瓶(14)、第四管道(32)和第五管道(33)；

所述第一储液瓶(14)通过所述第四管道(32)连接所述预混罐(6)的第一端口，所述第三泵(13)与所述第四管道(32)连接；

所述第二储液瓶(15)通过所述第五管道(33)连接所述预混罐(6)的第二端口，所述第二泵(12)与所述第五管道(33)连接。

6.根据权利要求1所述的贴壁细胞培养生物反应器，其特征在于，所述循环管路组件包括第四泵(22)、第六管道(34)和第七管道(35)；

所述第六管道(34)的一端连接所述预混罐(6)的输出端，另一端连接所述载体罐(23)的输入端；所述第七管道(35)的一端连接所述载体罐(23)的输出端，另一端连接所述预混罐(6)的输入端；所述第四泵(22)与所述第六管道(34)连接。

7.根据权利要求1所述的贴壁细胞培养生物反应器，其特征在于，所述混匀组件包括搅拌装置(18)，所述搅拌装置(18)用于对所述预混罐(6)内的流体进行搅拌；

所述加热组件包括电加热装置(24)，所述电加热装置(24)连接在所述预混罐(6)的下端。

8.根据权利要求5所述的贴壁细胞培养生物反应器，其特征在于，还包括：第五储液瓶(21)和滤器(19)；

所述第五储液瓶(21)与所述第六管道(34)连接，所述滤器(19)通过第八管道(36)连接所述预混罐(6)，所述第八管道(36)上设置有调节阀(20)。

9.根据权利要求1所述的贴壁细胞培养生物反应器，其特征在于，所述载体罐(23)包括壳体和载体，所述载体位于所述壳体的内部，所述载体为多层结构，每一层均为多孔的网格结构。

10.一种贴壁细胞培养方法，其特征在于，包括：

提供如权利要求1至9中任一项所述的贴壁细胞培养生物反应器；

在所述贴壁细胞培养生物反应器的预混罐(6)中对流体进行加热和混匀处理；

在所述贴壁细胞培养生物反应器的载体罐(23)中进行贴壁细胞培养，同时让加热混匀后的流体在所述预混罐(6)与所述载体罐(23)之间循环流动。