一种适用于多种细胞类型培养的模块化生物反应器制造技术

本发明专利技术公开了一种适用于多种细胞类型培养的模块化生物反应器，包括培养罐体、搅拌装置、通气装置、排气装置、补料装置、拦截装置、收获装置、控温装置和自动化控制器，所述搅拌装置安装在所述培养罐体底部，通气装置分为表层通气管道和深层通气管道，排气装置包括回流冷凝器、尾气加热器、无菌过滤器芯及不锈钢滤壳，补料装置和收获装置均包括四阀组管道、补料制药用硅胶管和高精度蠕动泵，拦截装置包括管路和筛网，控温装置采用双板换方式进行升温和降温。本发明专利技术用于生物制药行业中大规模高密度细胞培养及目标产物表达，根据培养细胞类型的不同，更换生物反应器内相关模块组件，满足不同细胞类型的培养需求。

A modular bioreactor suitable for various cell types

The invention discloses a method applicable to a variety of cell types cultured modular bioreactor, including training tank, stirring device and ventilation device, an exhaust device, feeding device, interception device, a harvesting device, temperature control device and automatic controller, the stirring device is arranged on the cultivation of the bottom of the tank, ventilation device the surface ventilation pipe and deep ventilation pipes, exhaust device includes a reflux condenser, gas heater, sterile filter core and stainless steel filter shell, feeding device and harvesting device includes four valves, pipe feeding medicinal silicone tube and high precision peristaltic pump, pipeline and interception device comprises a screen, double plate temperature control device for use the way of heating and cooling. The invention is applied to large-scale high-density cell culture and target product expression in the biopharmaceutical industry. According to the different types of cell cultures, replacement module modules in bioreactors meet the training needs of different cell types.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于多种细胞类型培养的模块化生物反应器
本专利技术涉及细胞培养领域，具体是一种适用于多种细胞类型培养的模块化生物反应器。
技术介绍
近数十年来，由于人类对生长激素、干扰素、单克隆抗体、疫苗及白细胞介素等生物制品的需求猛增，通过大规模体外培养技术进行细胞培养是生产生物制品的有效方法。所谓细胞大规模培养技术是指在人工条件下（设定PH、温度、溶氧等），在生物反应器中高密度大量培养动物细胞用于生产生物制品的技术。目前，可大规模培养的动物细胞有鸡胚、猪肾、猴肾、地鼠肾等多种原代细胞及人二倍体细胞、CHO细胞、BHK-21、Vero细胞等，已成功生产了包括狂犬病疫苗、口蹄疫疫苗、甲型肝炎疫苗、乙型肝炎疫苗、红细胞生成素、单克隆抗体等产品。生物反应器指以活细胞或酶为生物催化剂进行细胞增殖或生化反应提供适宜环境的设备，它是大规模动物细胞培养过程中的关键设备。动物细胞培养生物反应器，由于为细胞生长提供了一个适宜、可控的生长环境，并能够扩大生产规模，符合生物制品生产要求，使动物细胞工业化大规模培养成为可能。生物反应器的应用，在生物制品生产上具有较大优越性，能够持续提高生产力，进而降低成本，增强竞争力。生物反应器是动物细胞体外大规模培养时，整个培养过程的关键设备，动物细胞培养技术能否大规模工业化、商业化，关键在于能否设计出合适的动物细胞培养生物反应器。细胞培养指模拟体内生存环境，在无菌、适当温度及酸碱度和一定营养条件下，使其生长繁殖并维持结构和功能的培养技术。根据细胞特性分为三种方式：全悬浮、微载体贴壁、固定床。全悬浮培养，适用于细胞为非贴壁信赖性细胞，无需支撑面，细胞或细胞聚集体悬浮于液体培养基中增殖，全悬浮培养是大规模细胞培养的理想方式；微载体贴壁培养，适用于细胞为贴壁信赖性细胞，需贴附于不发生化学作用的物质（玻璃或塑料等无活性物质）表面上生长、生存和维持，并最终在附着面生长至单层，支撑物表面演常带有适量电荷；固定床培养，动物细胞因无细胞膜，易受剪切力影响，固定床技术可较好保护细胞免受机械力及环境变化的影响，提高细胞耐受力，促使细胞高密度培养，提高目的产物的产率。常用固定方式有吸附、包埋、中空纤维或胶囊化等，具有剪切力低，传递效果好和抗污染能力强、细胞生长密度高、产物易收集和分离纯化的特点；但培养规模会受到限制。根据细胞培养方式，需提供特定的生物反应器进行细胞培养。当改变培养细胞类型时（即培养的细胞发生变化），可能需要更换全新设计的生物反应器，来适应细胞的培养需求，通用性不足，局限性较大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种适用于多种细胞类型培养的模块化生物反应器，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种适用于多种细胞类型培养的模块化生物反应器，包括培养罐体、搅拌装置、通气装置、排气装置、补料装置、拦截装置、收获装置、控温装置和自动化控制器，所述搅拌装置安装在所述培养罐体底部，为底部搅拌方式，搅拌驱动方式为机械搅拌或磁力搅拌，所述通气装置分为表层通气管道和深层通气管道，所述排气装置包括回流冷凝器、尾气加热器、无菌过滤器芯及不锈钢滤壳，所述补料装置和收获装置均包括四阀组管道、补料制药用硅胶管和高精度蠕动泵，所述拦截装置包括管路和筛网，所述控温装置采用双板换方式进行升温和降温。作为本专利技术进一步的方案：所述培养罐体为316L不锈钢材质，培养罐体为圆柱状设计，培养罐体底部为碟形浅底设计，培养罐体顶部为平口设计，罐顶盖可拆卸和升降，培养罐体高度与培养罐体直径的比例为1.2～2，培养罐体还设有水套夹层和隔热保温层。作为本专利技术进一步的方案：所述搅拌装置的搅拌轴密封部件为双端面机械密封或磁吸式密封件，搅拌轴可伸缩调节，搅拌轴上安装搅拌桨叶，搅拌桨叶为3D打印一次铸造成型，无焊接缝，搅拌桨叶直径最大为所述培养罐体直径的1/2。作为本专利技术进一步的方案：所述通气装置的管道中包括流量计和阀门、0.2μm无菌过滤器蕊和不锈钢滤壳，通入气体类型包括空气、氧气、二氧化碳和氮气，气体流量采用质量流量计精准控制，深层通气管道的喷气装置，可分为点状微泡、柱状微泡和环形大泡，喷气装置采用不锈钢丝网和不锈钢烧结陶瓷设计，筛网孔径为10～2000μm。作为本专利技术进一步的方案：所述拦截装置采用圆柱状设计，管路采用不锈钢材质，制药用无死角接口，筛网采用不锈钢丝网和不锈钢烧结陶瓷材质，筛网孔径为0.1～200μm。作为本专利技术进一步的方案：该模块化生物反应器进行固定床培养时，固定床载体拦截装置为圆柱形设计，为不锈钢材质，拦截装置采用多层设计，拦截装置的顶部和底部焊接在外框架上，分别留有孔径为1～10mm的孔洞。作为本专利技术进一步的方案：该模块化生物反应器的自动化控制器包括控制柜、触摸屏、PLC、紧急按钮、电路板及电气元件。作为本专利技术进一步的方案：所述培养罐体、通气装置、排气装置、补料装置、拦截装置和收获装置均可独立在位清洗和独立在位灭菌，且带有冷凝管线温度检测。作为本专利技术进一步的方案：该模块化生物反应器适用于动物细胞全悬浮培养，微载体贴壁培养和固定床培养。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：该适用于多种细胞类型培养的模块化生物反应器，用于生物制药行业中大规模高密度细胞培养及目标产物表达，根据培养细胞类型的不同，更换生物反应器内相关模块组件，满足不同细胞类型的培养需求。附图说明图1为本专利技术的一种模块化生物反应器用于全悬浮培养时的结构示意图。图2为本专利技术的一种模块化生物反应器用于微载体贴壁培养时的结构示意图。图3为本专利技术的一种模块化生物反应器用于固定床培养时的结构示意图。图4为本专利技术的一种模块化生物反应器的外观整体结构示意图。图中：1-培养罐体，2-搅拌装置，3-马达，4-通气装置，5-补料装置，6-拦截装置，7-收获装置，8-控温装置。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图1-4，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1～4，本专利技术实施例中，一种适用于多种细胞类型培养的模块化生物反应器，包括培养罐体1、搅拌装置2、通气装置4、排气装置、补料装置5、拦截装置6、收获装置7、控温装置8、自动化控制器以及相关管道。所述培养罐体1为316L不锈钢材质，整体设计符合ASME-BPE要求，易清洗无死角设计，所述培养罐体1为圆柱状设计，最大化体积利用率，培养罐体1底部为碟形浅底设计，利于细胞、微载体和培养液的混匀，所述培养罐体1顶部为平口设计，罐顶盖可拆卸和升降，方便更换和维护培养罐体1内模块组件，培养罐体1高度与培养罐体1直径的比例为1.2～2，更适合细胞培养需求，培养罐体1套有水套夹层，进行培养罐体1升温和降温，培养罐体1带有隔热保温层，保护操作人员受到伤害。进一步的，所述培养罐体1可独立在位清洗（CIP）和独立在位灭菌（SIP），并带有冷凝管线温度检测，确保灭菌过程完全可监测。所述搅拌装置2安装在所述培养罐体1底部，为底部搅拌方式，搅拌驱动方式为机械搅拌或磁力搅拌，搅拌轴密封部件为双端面机械密封或磁吸式密封件。进一步的，搅拌轴带有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于多种细胞类型培养的模块化生物反应器，包括培养罐体、搅拌装置、通气装置、排气装置、补料装置、拦截装置、收获装置、控温装置和自动化控制器，其特征在于，所述搅拌装置安装在所述培养罐体底部，为底部搅拌方式，搅拌驱动方式为机械搅拌或磁力搅拌，所述通气装置分为表层通气管道和深层通气管道，所述排气装置包括回流冷凝器、尾气加热器、无菌过滤器芯及不锈钢滤壳，所述补料装置和收获装置均包括四阀组管道、补料制药用硅胶管和高精度蠕动泵，所述拦截装置包括管路和筛网，所述控温装置采用双板换方式进行升温和降温。

【技术特征摘要】
1.一种适用于多种细胞类型培养的模块化生物反应器，包括培养罐体、搅拌装置、通气装置、排气装置、补料装置、拦截装置、收获装置、控温装置和自动化控制器，其特征在于，所述搅拌装置安装在所述培养罐体底部，为底部搅拌方式，搅拌驱动方式为机械搅拌或磁力搅拌，所述通气装置分为表层通气管道和深层通气管道，所述排气装置包括回流冷凝器、尾气加热器、无菌过滤器芯及不锈钢滤壳，所述补料装置和收获装置均包括四阀组管道、补料制药用硅胶管和高精度蠕动泵，所述拦截装置包括管路和筛网，所述控温装置采用双板换方式进行升温和降温。2.根据权利要求1所述的适用于多种细胞类型培养的模块化生物反应器，其特征在于，所述培养罐体为316L不锈钢材质，培养罐体为圆柱状设计，培养罐体底部为碟形浅底设计，培养罐体顶部为平口设计，罐顶盖可拆卸和升降，培养罐体高度与培养罐体直径的比例为1.2～2，培养罐体还设有水套夹层和隔热保温层。3.根据权利要求1所述的适用于多种细胞类型培养的模块化生物反应器，其特征在于，所述搅拌装置的搅拌轴密封部件为双端面机械密封或磁吸式密封件，搅拌轴可伸缩调节，搅拌轴上安装搅拌桨叶，搅拌桨叶为3D打印一次铸造成型，无焊接缝，搅拌桨叶直径最大为所述培养罐体直径的1/2。4.根据权利要求1所述的适用于多种细胞类型培养的模块化生物反应器，其特征在于，所述通气装置的管道中包括流量计和阀门、0.2μm无菌过滤器蕊和不锈钢滤壳，...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕军，古磊，李继松，李爱东，
申请(专利权)人：黄山市中新生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34