專利名稱：帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器的制作方法
技術領域：
本發明屬于一次性波浪式生物反應器領域，更具體而言，本發明涉及一種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器。
背景技術：
一次性波浪生物反應器是1996年以來發展起來的可用于多種細胞培養的設備。針對經典罐式生物反應器利用機械攪拌或氣升式實現混合和供氧對細胞產生較高的剪切力而導致的細胞損傷，一次性波浪生物反應器在設計原理上摒棄了機械攪拌和氣升式混合，尤其適用于對培養過程中混合和通氣所產生的剪切力敏感的細胞培養。該反應器將細胞和培養液置于無菌的一次性細胞培養袋中，放在特殊設計的搖動平臺上。平臺的搖動在培養液中產生波浪。通過波浪代替攪拌和氣升實現培養物的均勻混合，通過波浪使氣體通過與培養物的表面接觸更新實現氧氣傳遞，從而產生一個低剪切力和相對高傳氧效率的培養環境，實現細胞的高效培養生長和目標產物的生產。同時波浪生物反應器購置前已完成清洗、滅菌和認證，使用者一次性使用，這使操作十分輕松且避免交叉污染。在一次性波浪生物反應器中，波浪的產生可使培養液充分混合并使培養液通過氣液表面更新含有細胞所需要的氣體，并且這種混合十分輕柔可以培養各種微載體上的貼壁依賴型細胞。波浪運動可部分防止沉淀產生并在不產生泡沫下提供溶氧。一次性波浪生物反應器的應用與罐式生物反應器相比降低了后者初始的投資；可在勞動力、設備、廠房設計以及驗證方面實實在在地節省可觀的費用。它們干凈、即買即用、不需要滅菌，因此也就減少了如沖洗用水系統(WFI)和蒸汽發生器檢修的需求。一次性波浪生物反應器不需要后續的操作，消除了工藝流程運行之間交叉污染的可能性。因為減少或擯棄了對不銹鋼設備的需求，也可以避免了設備組裝的長周期和停工待料時間。系統的復雜度降低，因而所涉及的工程需求也同樣減少。再也無需在位清洗(CIP)或在位滅菌(SIP)操作，以及相關的管道、閥門、控制器或容器的壓力等級。此外，一次性波浪生物反應器的使用還降低了驗證的復雜 度。因為幾乎沒有可反復使用的組件，也就沒有什么項目需要跟蹤，也就節省了大量的滅菌、清潔驗證研究。最后，通過消除了堅固的管道系統和固定發酵罐的限制，一次性波浪生物反應器還有利于實現更快速的改裝以便用于新流程的運行和新產品的生產。此外，一次性波浪式生物反應器系統及輔助系統的復雜程度也較低，目前一次性波浪式生物反應器在培養規模方面可以達到20-2000L。盡管一次性波浪式生物反應器有如上優勢并已在蛋白、抗體和疫苗的動物細胞培養生產上獲得廣泛運用，但是針對在細胞培養過程中耗氧速率高、培養細胞密度高、培養細胞顆粒大易沉淀以及培養物黏度高的體系則難以滿足培養過程對混合傳質和供氧的要求，從而導致培養效率低甚至培養難以成功。同時依靠表面通氣和表面氣液混合實現供氧必需要有一個大的比表面積，要實現充分的供氧反應器的有效裝液系數一般都只有1/3到1/2的反應器體積，而經典的罐式生物反應器可達80%以上。這種表面通氣方式適用于小體積生物反應器的細胞培養，當使用超過20L甚至更大些的生物反應器時，表面提供氣體的方式難以滿足細胞生長所需的氣體供應，特別是難于滿足高耗氧細胞的培養。同時表面更新供氣造成大量的氣體浪費，尤其在工業規模更為突出。上述問題與一次性波浪式生物反應器的發明原理與生俱來的，因此使得目前的一次性波浪式生物反應器成本高，應用僅局限于特別昂貴的產品，同時不適用細胞易于沉淀和對氧傳遞又較高需求的培養體系。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器。本發明的另一個目的是提供第二種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器。—種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器，包括袋體，所述袋體上設置有接種口、培養基進料口、進氣口、出氣口、取樣口、傳感器介入口和出料口，所述袋體的下面設置有造浪器，在所述袋體的袋壁上設置有1-40個安裝接口，帶有進氣管的氣體接頭通過管路與除菌過濾器連接后再通過管路穿過所述安裝接口與設置在所述袋體內的曝氣頭連接。第二種帶 有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器，包括袋體，所述袋體上設置有接種口、培養基進料口、進氣口、出氣口、取樣口、傳感器介入口和出料口，所述袋體的下面設置有造浪器，在所述袋體的袋壁上設置有1-40個安裝接口，帶有進氣管的氣體接頭通過管路與除菌過濾器連接后再與安裝接口的外端口連接，安裝接口的內端口通過管路與設置在所述袋體內的曝氣頭連接。所述安裝接口優選2-15個。所述袋體的袋壁包括頂壁、側壁和底壁，所述安裝接口設置在所述頂壁、側壁和底壁的至少一壁上。所述曝氣頭為膜片式、棒式、散流式、管式、環管式或網格式曝氣頭。曝氣頭的出氣孔的孔徑較好的是5-200微米，優選為50-100微米。本發明的帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器可以為超過20L甚至更大些的生物反應器的細胞生長提供一個良好的供氣。特別是對在細胞培養過程中耗氧速率高、培養細胞密度高、及培養物黏度高的體系提供充分的供氧，有利于實現高耗氧細胞培養的規模化放大和產業化，氣體成本可節約70%。同時對耗氧要求不高的細胞培養，可以提高反應器的有效培養體積，大大降低培養成本。本發明的帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器培養的細胞要好于現有技術典型的一次性波浪式生物反應器培養的細胞。
圖1為現有技術的一次性波浪式生物反應器結構示意圖。圖2為本發明的帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器。圖3為葡萄細胞在本發明的帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器和現有技術的一次性波浪式生物反應器中懸浮培養7天后收獲細胞的絕對生長量。圖4為葡萄細胞在本發明帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器和現有技術的一次性波浪式生物反應器中懸浮培養7天，其中不同的培養時間氧氣的百分比含量。圖5為葡萄細胞在本發明帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器和現有技術的一次性波浪式生物反應器中懸浮培養7天，本發明的生物反應器比現有技術的一次性波浪式生物反應器溶氧值要高2-3mg/L。圖6為葡萄細胞在本發明帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器和現有技術的一次性波浪式生物反應器中懸浮培養7天，可以看到帶有本發明的反應器比現有技術的反應器培養的細胞的花青素高出4.4倍。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步的說明。
一種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器(見圖2)，包括袋體I，袋體上設置有接種口、培養基進料口、進氣口、出氣口、取樣口、傳感器介入口和出料口，袋體的下面設置有造浪器7，在袋體的袋壁上設置有1-40個安裝接口 2，帶有進氣管3的氣體接頭6通過管路與除菌過濾器5連接后再通過管路穿過所述安裝接口與設置在袋體內的曝氣頭4連接。第二種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器，包括袋體，所述袋體上設置有接種口、培養基進料口、進氣口、出氣口、取樣口、傳感器介入口和出料口，所述袋體的下面設置有造浪器，在所述袋體的袋壁上設置有1-40個安裝接口，帶有進氣管的氣體接頭通過管路與除菌過濾器連接后再與安裝接口的外端口連接，安裝接口的內端口通過管路與設置在所述袋體內的曝氣頭連接。安裝接口優選2個、3個、4個……15個。袋體的袋壁包括頂壁、側壁和底壁，安裝接口可以設置在頂壁上，也可以設置在側壁上，也可以設置在底壁上，也可以根據需要同時設置在頂壁和側壁上或同時設置在頂壁和底壁上或同時設置在側壁和底壁上，還可發同時設置在頂壁、側壁和底壁上。根據細胞培養的需求，選用不同形式的曝氣頭，可以選膜片式、棒式、散流式、管式、環管式或網格式曝氣頭。曝氣頭的出氣孔的孔徑較好的是5-200微米，優選為50-100微米。本發明在只使用表面通氣的一次性波浪式生物反應器中同時引入液下的通氣，針對高耗氧需求的細胞培養以解決其供氧不足的問題。氣體接頭上的進氣管可以是多個，可以與多種氣源連接，根據培養需求通入單一或者混合的氣體成分。根據細胞培養對氣體成分的需求可以調節氣體組成成分、曝氣頭形式、曝氣頭在培養液中的分布。下面通過具體實施例對本發明作進一步的說明。實施例1葡萄細胞培養現有技術的一次性波浪式生物反應器型號為20L，本發明的帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器也為20L，但細胞的培養體積不同，本發明的帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器培養細胞30L，現有技術的一次性波浪式生物反應器培養細胞20L，葡萄細胞的各項指標均合格，但帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器的細胞絕對生長量要比現有技術正常的一次性波浪式生物反應器的細胞絕對生長量高50%。見圖3，圖中所示為葡萄細胞在帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器和現有技術的一次性波浪式生物反應器中懸浮培養7天后收獲細胞的絕對生長量。本實施例采用的是第一種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器，經實驗，第二種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器用于細胞培養也具有相似的效果。實施例2葡萄細胞培養葡萄細胞在本發明200L帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器和200L現有技術的一次性波浪式生物反應器中懸浮培養7天，其中不同的培養時間氧氣的百分比含量，可以明顯得出本發明的200L帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器比現有技術的200L一次性波浪式生物反應器用氧量要節約60%，見圖4。本實施例采用的是第一種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器，經實驗，第二種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器用于細胞培養也具有相似的效果。實施例3葡萄細胞培養葡萄細胞在本發明200L帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器和200L現有技術的一次性波浪式生物反應器中懸浮培養7天，可以明顯看出本發明的曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器比現有技術的反應器溶氧值要高2-3mg/L。說明本發明的效果明顯，優勢突出，見圖5。本實施例采用的是第一種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器，經實驗，第二種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器用于細胞培養也具有相似的效果。實施例4
葡萄細胞在本發明200L帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器和200L —次性波浪式生物反應器中懸浮培養7天，可以看到本發明的曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器比現有技術的反應器培養的細胞的花青素高出4.4倍。解決了工業上細胞體積放大后細胞本身不產目標產物的難題，見圖6。本實施例采用的是第一種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器，經實驗，第二種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器用于細胞培養也具有相似的效果。本發明是以培養葡萄細胞為例，是為了說明本發明的效果，但并不用于限制所培養的物質。
權利要求
1.一種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器，包括袋體，所述袋體上設置有接種口、培養基進料口、進氣口、出氣口、取樣口、傳感器介入口和出料口，所述袋體的下面設置有造浪器，其特征是在所述袋體的袋壁上設置有1-40個安裝接口，帶有進氣管的氣體接頭通過管路與除菌過濾器連接后再通過管路穿過所述安裝接口與設置在所述袋體內的曝氣頭連接。
2.一種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器，包括袋體，所述袋體上設置有接種口、培養基進料口、進氣口、出氣口、取樣口、傳感器介入口和出料口，所述袋體的下面設置有造浪器，其特征是在所述袋體的袋壁上設置有1-40個安裝接口，帶有進氣管的氣體接頭通過管路與除菌過濾器連接后再與安裝接口的外端口連接，安裝接口的內端口通過管路與設置在所述袋體內的曝氣頭連接。
3.根據權利要求1或2所述的一種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器，其特征是所述安裝接口為2-15個。
4.根據權利要求1或2所述的一種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器，其特征是所述袋體的袋壁包括頂壁、側壁和底壁，所述安裝接口設置在所述頂壁、側壁和底壁的至少一壁上。
5.根據權利要求1或2所述的一種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器，其特征是所述曝氣頭為膜片式、棒式、散流式、管式、環管式或網格式曝氣頭。
6.根據權利要求1或2所述的一種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器，其特征是曝氣頭的出氣孔的孔徑為5-200微米。
7.根據權利要求6所述的一種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器，其特征是曝氣頭的出氣孔的孔徑為5 0-100微米。
全文摘要
本發明公開了帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應器，包括袋體，所述袋體上設置有接種口、培養基進料口、進氣口、出氣口、取樣口、傳感器介入口和出料口，所述袋體的下面設置有造浪器，其特征是在所述袋體的袋壁上設置有1-40個安裝接口，帶有進氣管的氣體接頭通過管路與除菌過濾器連接后再通過管路穿過所述安裝接口與設置在所述袋體內的曝氣頭連接。本發明的反應器可以為細胞生長提供一個良好的供氣。特別是對在細胞培養過程中耗氧速率高、培養細胞密度高及培養物黏度高的體系提供充分供氧，有利于實現高耗氧細胞培養的規模化放大和產業化，氣體成本降低。同時對耗氧要求不高的細胞培養，可以提高反應器的有效培養體積，大大降低培養成本。
文檔編號C12M3/00GK103224882SQ20121002172
公開日2013年7月31日 申請日期2012年1月31日 優先權日2012年1月31日
發明者張衛, 魏先宇 申請人:天津艾賽博生物技術有限公司