一种新型无桨搅拌灌流生物反应器的制作方法

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1.本实用新型涉及生物反应器技术领域，具体为一种新型无桨搅拌灌流生物反应器。

背景技术：

2.目前已有多种多样的细胞反应器设计方法应用于生物医药、合成生物学、生物试剂等方向的培养。选择合适的生物反应器类型或者培养模式涉及到技术、成本以及监管等多方面的影响。具体到技术方面，反应器的罐体选择、温控模式、物质交换方式、曝气、测量系统及软件都需要进行深入的研究，提出适合目的细胞培养的生物反应器设计制造需求描述。哺乳动物细胞培养技术已经成为现代生物技术中的一个主要组成部分，尤其在涉及到人类健康领域产品方面显得极为重要。在生物反应器应用范围内，悬浮细胞几乎占据了绝对优势。目前已经大量工业化应用的悬浮细胞株，例如cho、hek293f等。哺乳动物细胞悬浮培养目前来讲哺乳动物细胞因无细胞壁对于机械剪应力非常敏感。哺乳动物细胞的结构维持主要是由表面的磷脂双分子层膜以及细胞内的细胞骨架承担。不同于植物细胞及酵母等真核生物的细胞壁结构，细胞膜非常脆弱，加之动物细胞体积相对较大，使其对于机械剪应力极其敏感，较为严重的机械剪应力就可能造成细胞的直接解体。细胞暴露于10-100dyne/cm2的流体剪应力环境中仅10min时间即可导致20％-80％的细胞死亡率。细胞膜上镶嵌的多种蛋白受体对于细胞接受及感知外界环境信号也非常重要，机械性损伤通常会导致此类受体传递信号受阻从而引起细胞程序性死亡或者代谢状态的改变。
3.因此，需要设计一种新型无桨搅拌灌流生物反应器来解决上述背景技术中的问题。

技术实现要素：

4.本实用新型的目的是为了解决现有技术中，的问题，而提出的一种新型无桨搅拌灌流生物反应器。
5.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
6.一种新型无桨搅拌灌流生物反应器，包括泵和罐体，所述罐体上端设有罐盖，所述罐盖上端设有多组入射管和透气膜组件，所述入射管一端连接有管路，所述管路上连接有泵和氧合器，所述罐盖上连接有ph传感器、溶氧传感器、取样管、进样管和碳酸氢钠进液管，所述罐体上部一侧连接有液位传感器。
7.作为本实用新型优选的方案，所述入射管、管路和罐体一起构成闭路循环系统。
8.作为本实用新型优选的方案，所述罐体为内壁光滑无死角并无明显角度突起的玻璃罐体或塑料罐体或不锈钢罐体中的一种。
9.作为本实用新型优选的方案，所述入射管顶部入口与罐体底部出口通过管路相连，形成封闭循环体系，中间通过泵进行驱动液体循环。
10.作为本实用新型优选的方案，多组所述管路种的中间一路循环上接有氧合器。
11.作为本实用新型优选的方案，所述罐体底部采用优化的轮廓线并采用圆环上多路排出管路，进一步放大反应器内涡旋搅拌效果。
12.综上所述，本实用新型的技术效果和优点：该新型无桨搅拌灌流生物反应器，该反应器采用结构本身设计制造出流体旋转，属于无桨搅拌的灌流反应器，其不同于市面常见的搅拌桨式反应器采用桨叶旋转搅动液体，这样避免了桨叶转动产生高剪切力对细胞的损伤，也不同于气升式反应器通入高压气体搅动液体，这样避免了采用通入气体后产生不同尺度气泡，尤其肉眼可见的大气泡破裂对细胞的损伤，可用于敏感细胞的规模化培养，传统载体细胞，优化培养生长条件，进一步提高产量与表达量，不再产生培养过程中的大量气泡，取消消泡剂的使用，进一步提高培养产量，可以其为单元，方便阵列化培养。
附图说明
13.图1为本实用新型的反应器主体结构图；
14.图2为本实用新型的反应器主体结构透视图；
15.图3为本实用新型的主罐体结构结构透视图；
16.图4为本实用新型的罐体和顶部入射管结构透视图；
17.图5为本实用新型的罐体和顶部入射管结构俯视图；
18.图6为本实用新型的单个入射管主视图。
19.图中：1、泵；2、管路；3、透气膜组件；4、罐盖；5、罐体；6、液位传感器；7、入射管；8、ph传感器；9、溶氧传感器；10、取样管；11、进样管；12、碳酸氢钠进液管；13、氧合器。
具体实施方式
20.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
21.实施例
22.现以5l罐体为例来说明其设计中主要指标参数：
23.从计算机流体仿真和实际培养细胞效果，优选罐体5高径比1.5:1，(包括但不仅限于此)，入射管7个数为2个及以上，优选为4个；
24.如图5俯视图中，入射角α即入射管出口方向延长线与罐体交点为p，过p点做圆切线，延长线与切线间的夹角，影响着旋转方向和强度，当需得到逆时针流动时入射角α为锐角，当需得到顺时针流动时入射角α为钝角，当入射角α为90度时，不产生单一方向旋转流动，优选为50度。
25.图6中，单个入射管7主视图，其中入射角β即入射管出口方向延长线与水平方向夹角，决定了入射深度，当入射角β为90度时，即入射管直径向下入射，则图5中的入射角α为0度，即入射管7出来的流体没有直接射向罐体5壁面，而是直接流向底部出口方向，不会产生任何旋转，也起不到对罐体5内流体较好搅拌的作用，优选入射角β为20-30度。
26.灌流培养过程中，液面高度需高于入射管7出口，入射管7上沿与液面之间的距离为浸入深度，其浸入深度之间影响入射管7出口上方液体的流动状态，优选2-5厘米。
27.灌流循环流量优选为3l/min。
28.工作原理：新型无桨搅拌灌流生物反应器在罐流系统整体灭菌后，通过进样管11的进样口加入培养基和细胞，并到指定液位，开启泵系统，开启灌流循环培养细胞，根据溶氧传感器9反馈信号，时时调节从氧合器13进气口进入的氧气量，在培养过程中时时检测各项参数，使各项参数控制在适宜外围内，其中整个罐体5是放入恒温箱内，也可以通过对整个罐体5和管路系统进行加热膜或保温层进行温控，在培养过程中，可采用切向流(atf)系统或离心等方式来分离细胞和培养基，从而进行更换培养基，采用无桨式灌流反应系统，利用入射系统和罐体自身结构的特殊布局和设计制造流体反应器内流动转动，形成有效的悬浮体系从而有利于培养悬浮细胞，该反应器无搅拌桨，避免了桨叶转动时产生机械剪切应力的痛点；叶轮的缺点是容易造成细胞的损伤，包括叶轮接触面直接的损伤和搅拌湍流引发的剪应力以及形成的泡沫破裂时对细胞的损伤，该反应器无需通入高压气体进行搅动流体，避免了大气泡破裂造成细胞损伤的问题，该反应器不需配置大型动力装置来摇动或摆动培养罐/培养袋，更高的能量使用效率，其中罐体5为细胞培养过程中主要场所，入射管7顶部入口与罐体5底部出口通过管路2相连，形成封闭循环体系，中间通过泵1进行驱动液体循环，为液流循环提供动力，包括但不限于蠕动泵、离心泵等，氧合器13为培养体系提供氧气进入，采用该装置供氧可以做到无气泡产生，其反应器也具备常规反应器的进样通道、取样系统，也具备液位传感器、溶氧传感器、ph传感器等检测装置，流体从多个有规律分布的入射管7中流出，朝向罐体5壁面流去，当碰到壁面后，从顶部俯视罐体如图5，产生液体定向流道，最后形成整体俯视为定向转动，整体向下流，即旋转式下降效果，故对于该种无桨式反应器，决定其搅拌效果的主要因素为入射管7的方向、入射管7的内径、罐体5本身的高径比、入射管7的个数及分布位置、及整体循环的流量等，同时罐体5底部采用优化的轮廓线并采用圆环上多路排出管路，进一步放大反应器内涡旋搅拌效果。
29.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：

1.一种新型无桨搅拌灌流生物反应器，包括泵(1)和罐体(5)，其特征在于：所述罐体(5)上端设有罐盖(4)，所述罐盖(4)上端设有多组入射管(7)和透气膜组件(3)，所述入射管(7)一端连接有管路(2)，所述管路(2)上连接有泵(1)和氧合器(13)，所述罐盖(4)上连接有ph传感器(8)、溶氧传感器(9)、取样管(10)、进样管(11)和碳酸氢钠进液管(12)，所述罐体(5)上部一侧连接有液位传感器(6)。2.根据权利要求1所述的一种新型无桨搅拌灌流生物反应器，其特征在于：所述入射管(7)、管路(2)和罐体(5)一起构成闭路循环系统。3.根据权利要求1所述的一种新型无桨搅拌灌流生物反应器，其特征在于：所述罐体(5)为内壁光滑无死角并无明显角度突起的玻璃罐体或塑料罐体或不锈钢罐体中的一种。4.根据权利要求1所述的一种新型无桨搅拌灌流生物反应器，其特征在于：所述入射管(7)顶部入口与罐体(5)底部出口通过管路(2)相连，形成封闭循环体系，中间通过泵(1)进行驱动液体循环。5.根据权利要求1所述的一种新型无桨搅拌灌流生物反应器，其特征在于：多组所述管路(2)种的中间一路循环上接有氧合器(13)。6.根据权利要求1所述的一种新型无桨搅拌灌流生物反应器，其特征在于：所述罐体(5)底部采用优化的轮廓线并采用圆环上多路排出管路，进一步放大反应器内涡旋搅拌效果。

技术总结

本实用新型涉及生物反应器技术领域，具体为一种新型无桨搅拌灌流生物反应器，包括泵和罐体，所述罐体上端设有罐盖，所述罐盖上端设有多组入射管和透气膜组件，所述入射管一端连接有管路，所述管路上连接有泵和氧合器，所述罐盖上连接有PH传感器、溶氧传感器、取样管、进样管和碳酸氢钠进液管，所述罐体上部一侧连接有液位传感器。有液位传感器。有液位传感器。