一种用于细胞培养和细胞分选的多功能生物反应器制造技术

本发明专利技术涉及一种用于细胞培养和细胞分选的多功能生物反应器反应器。该反应器包括翻转装置、细胞培养容器，翻转装置包含可围绕空间轴运转的翻转支架，与翻转支架物理连接的磁场发生装置，细胞培养容器以可拆卸方式固定在翻转支架上，细胞培养容器位于上述空间轴或其延长线上，跟随翻转支架按一定的规律和轨迹运转，细胞培养容器端面靠近磁场发生装置，磁场发生装置可控制围绕细胞培养容器周边及内部磁场的变化。本发明专利技术在不更换容器的情况下进行黏附细胞和悬浮细胞的共培养，通过其中载体在磁场环境下的运动而实现培养液内部的搅动，减少了细胞污染和靶细胞损伤及死亡的风险，并可同时作为贴壁细胞的承载物，极大地提高了细胞的培养效率。

【技术实现步骤摘要】
一种用于细胞培养和细胞分选的多功能生物反应器
本专利技术涉及一种生物工程技术设备，是与细胞培养和细胞分选有关的多功能生物反应器。
技术介绍
随着科学技术的发展，现代细胞生物学工程技术已经广泛应用于社会生产的方方面面。并伴随着细胞生物学工程技术在生物、医疗、美容等社会多个行业的快速发展和应用，迫切需要进行大规模的细胞培养，以便获得大量有用的细胞表达产物。而采用玻璃瓶静置或旋转瓶的培养方法，其所培养的细胞数量及其分泌产物早已不能满足社会各行业的需求。经过多年的技术研究和发展，至今已经开发出多种类型的生物反应器，滚瓶式生物反应器、搅动悬浮培养生物反应器、摇袋式生物反应器、旋转壁式生物反应器、平板型生物反应器、固定流化床式生物反应器等。在培养细胞的方式上，有静置状态以及运动状态两种方式。在静置状态下培养的细胞，培养时受到的剪切力最小，但静置状态下培养的细胞在密度较大时，容易造成在培养容器底部的一些细胞无法获得足够的营养成份，并伴随着在细胞培养过程中乳酸、丙酮酸以及一些抑制生长的代谢废物的逐渐增加，容易造成培养容器底部的一些细胞生长停滞甚至坏死。因此不适合用于大规模的细胞培养和扩增。在运动状态下培养细胞的应用中，有许多生物反应器采用机械搅拌式或气升搅拌式搅动生物反应器内培养液里面的细胞，使细胞处在悬浮状态。在传统的机械搅拌式或者气升搅拌式的生物反应器内搅动时，会在细胞表面产生剪切力。在培养细胞时，特别是培养异常敏感的干细胞时，过大的剪切力会导致细胞的损伤甚至死亡。在有些生物反应器中，通过静置或者轻柔的运动方式培养细胞，虽然降低了剪切力，但是一旦停止运转，细胞可能累积于细胞培养容器底部或细胞培养容器中的其它位置，而且是不均匀地分布，不利于绝大多数细胞生长。专利102199538A中提出了一个能适用于微载体细胞培养的生物反应器设计方案，通过让罐体上下端反复调换的方式让微载体悬浮，吸附在微载体上的粘附细胞随着罐体的上下移动而实现细胞以及微载体的悬浮，而在实际应用过程中，微载体随着罐体的上下调换过程中，趋向于贴着培养罐体壁的一侧运动，对一侧的培养基、细胞产生的搅动比另一侧大，另一侧受到的搅动有限，从而不能使细胞在整个培养环境中均匀悬浮，在这个过程中，搅动较剧烈一侧的细胞极易受到损伤，使得细胞死亡率增加。在细胞体外培养时，存在悬浮细胞与贴壁细胞两种以不同方式生长的细胞。贴壁细胞需要依附于一定的支持物表面才能生长，当细胞的生长增殖占据了全部支持物表面后，细胞由于接触抑制而不能继续生长，因此对于贴壁生长的细胞在支持物表面积限定的情况下很难进行大规模培养。并且大多数生物反应器只能满足其中一种生长方式的细胞的培养。而在大规模培养细胞时，需要将不同的培养细胞从培养容器中分离出来，因为在某些应用中，例如干细胞治疗时，在间充质干细胞和造血干细胞共同培养时，细胞的生长状态更好，治疗效果也更加突出。而为了让贴壁生长的细胞可以高密度的生长，便产生了使细胞在微载体上悬浮生长的技术：让贴壁细胞细胞贴附于微载体上，当微载体悬浮在培养基中时，细胞一起悬浮生长，由于微载体的数量多、表面积大，供细胞可生长的表面也相当大，可以满足细胞的大规模快速生长。在现在的常用微载体生物反应器中，贴壁细胞一般吸附的微小载体的尺寸在几微米到几百微米不等，如专利CN101416059A(水凝胶专利)当微载体越小时，相连的微载体之间的空隙比较少，细胞生长的密度比较大，容易造成供氧不足，导致细胞死亡。当细胞增长一定数量之后，这些细胞和微载体会一起聚集成团，形成聚集体，在聚集体内部的细胞不能获得充足的养分，生长状态将变差，如果是干细胞，则更容易产生非特异性分化。并且在细胞培养成型后，可能需要使用某种特殊的程序把细胞从小生态环境中洗出，或者是必须加入某种特定的试剂降解构建小生态环境的物质，以释放出靶细胞。以上所列举的多种细胞培养方式，在原理上都存在一些缺陷和局限性，不能高效率、大规模、多样性的实现各种类型细胞的培养，从而影响细胞生物技术在社会上规模化的广泛应用。
技术实现思路
针对现在社会上广泛应用的一些生物反应器，在细胞培养技术和方法上，想要取得突破性的发展和规模化的应用，还需要解决以下的一些问题：①、足够的营养成份供给空间：在细胞生长的过程中，通过持续不断的供应足够的养分，并且在细胞周围有足够的空间进行养分的交换与分泌物的排泄。②、温和轻柔的搅拌方式：在细胞培养过程中，尽可能的减少因对培养基或载体的搅拌而在细胞表面产生的剪切力，避免细胞的损伤，特别是干细胞的非定向分化。③、持续稳定的悬浮技术：在培养细胞过程中，需要保证悬浮细胞能持续稳定的悬浮在培养容器中自由生长。④、多种类细胞的培养：一种能够高效培养细胞的方式，既能够培养悬浮细胞，也能够同时培养贴壁细胞。如造血干细胞和间充质干细胞的联合培养。⑤、实时快速便捷的检测：在细胞培养过程中，可以实现实时快速快捷的检测细胞生长情况，以及培养基情况。⑥、能以简便的方式实现同步分选：能够让细胞分选与细胞扩增两种程序在同一个培养容器内完成，操作简便易行，可以最大限度地减少污染和靶细胞的损伤及死亡的风险，从而极大地提高细胞培养的效率。⑦、简便的细胞收获方法:不需要加入另外的物质，使培养好的细胞从附载的微环境中脱离出来。⑧、多功能、操作简便的人机交互操作系统：全程电脑控制记录，实时反馈及调节系统参数。只有满足以上功能要求的生物反应器，才能在社会各领域、各行业的实际应用中，能够快速、大规模、广泛的发展起来，并快速产生经济效益和社会效应，为推动细胞生物科学技术及研究的可持续性发展提供动力和基础。本专利技术所涉及的一种以培养细胞和细胞分选的多功能生物反应器，是以模拟人体内细胞生长的动态微环境，在减小剪切力的情况下，高效率的扩增各类型细胞，如造血干细胞、免疫细胞等，并保证细胞的活性，特别是干细胞的“干性”。同时，本专利技术的生物反应器集成了全自动的细胞分选、细胞密度检测反馈等多种功能，可以让细胞分选与细胞扩增两种流程在一个培养容器内完成，操作简便易行，可以最大限度地减少了细胞污染和靶细胞损伤及死亡的风险，极大地提高了细胞的培养效率。本专利技术的所涉及的一种以培养细胞和细胞分选的多功能生物反应器主要通过如下技术方案来实现：包括翻转装置、细胞培养容器，翻转装置包含可围绕空间轴运转的翻转支架，与翻转支架物理连接的磁场发生装置，细胞培养容器以可拆卸方式固定在翻转支架上，细胞培养容器位于上述空间轴或其延长线上，跟随翻转支架按一定的规律和轨迹运转，细胞培养容器端面靠近磁场发生装置，磁场发生装置可控制围绕细胞培养容器周边及内部磁场的变化。以上所述的翻转装置主要由基座、电机罩、电机支架、翻转电机、翻转支架、磁芯、密封胶垫等部件组成。翻转电机固定在电机支架上，电机罩罩在翻转电机上并压住密封胶垫固定在电机支架上；磁芯安装在翻转支架内；翻转支架套在翻转电机上与电机支架固定在基座上。其特征在于，所述的翻转电机可根据程序参数设置按一定的转速、频率和正反两向角度旋转。以上所述的细胞培养容器主要由容器框体、载体等部件组成。载体通过容器框体的端部接口放置于容器框体内部。其特征在于，所述的细胞培养容器是通过容器框体容纳培养液、载体、细胞等细胞培养要素，以提供细胞生长的微环境。并随着翻转装置的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于培养细胞和细胞分选的多功能生物反应器,其特征在于：包括翻转装置、细胞培养容器，翻转装置包含可围绕空间轴运转的翻转支架，与翻转支架物理连接的磁场发生装置，细胞培养容器以可拆卸方式固定在翻转支架上，细胞培养容器位于上述空间轴或其延长线上，跟随翻转支架按一定的规律和轨迹运转，细胞培养容器端面靠近磁场发生装置，磁场发生装置可控制围绕细胞培养容器周边及内部磁场的变化。

【技术特征摘要】
1.一种用于培养细胞和细胞分选的多功能生物反应器,其特征在于：包括翻转装置、细胞培养容器，翻转装置包含可围绕空间轴运转的翻转支架，与翻转支架物理连接的磁场发生装置，细胞培养容器以可拆卸方式固定在翻转支架上，细胞培养容器位于上述空间轴或其延长线上，跟随翻转支架按一定的规律和轨迹运转，细胞培养容器端面靠近磁场发生装置，磁场发生装置可控制围绕细胞培养容器周边及内部磁场的变化。2.根据权利要求1所述的多功能生物反应器，其特征在于所述翻转装置包括基座、电机罩、电机支架、翻转电机、翻转支架、磁芯、密封胶垫；翻转电机固定在电机支架上，电机罩罩在翻转电机上并压住密封胶垫固定在电机支架上；磁芯安装在翻转支架内；翻转支架套在翻转电机上与电机支架固定在基座上；所述的翻转电机可根据程序参数设置按一定的转速、频率和正反两向角度旋转。3.根据权利要求1所述的多功能生物反应器，其特征在于所述的细胞培养容器包括容器框体、载体；载体通过容器框体的端部接口放置于容器框体内部；所述的细胞培养容器是通过容器框体容纳培养液、载体、细胞等细胞培养要素，以提供细胞生长的微环境，并随着翻转装置的转动而带动容器框体内载体的上下运动，从而实现搅动容器框体内培养液的功能，以利于悬浮细胞的均匀分布生长，并同时通过载体为贴壁细胞提供一个可生长的表面，以扩大贴壁细胞的生长空间。4.根据权利要求1所述的多功能生物反应器，其特征在于还包含控制系统，由主机箱、显示屏幕、主控制器、开关电源、机箱盖板组成，负责反应器的界面显示、操作、程序运行与设置的人机交互信息的处理，并将从主控制器中设置好的程序或者指令信息转化为电子信号，进而操控整个生物反应器中电气部件的工作，并将从受控电气部件得到的信息反馈给主控制器并显示在显示屏幕上。5.根据权利要求1所述的多功能生物反应器，其特征在于所述的翻转装置的翻转支架上装配有一个或多个细胞培养容器。6.根据权利要求2所述的多功能生物反应器，其特征在于所述的翻转支架的运动方式为翻转、摇摆、抛物线运动、曲线运动或上下左右直线运动。7.根据权利要求2所述的多功能生物反应器，其特征在于所述的翻转支架两侧端安装有磁芯，磁芯...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永新，叶治家，朱融晖，谭玉麟，王修林，王香寒，徐张展，刘小浩，
申请(专利权)人：南京新诺丹生物技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32