一種用于生物反應器的細胞培養床的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了醫藥設備領域的一種用于生物反應器的細胞培養床，該細胞培養床置于一罐體內，包括導流筒、多孔圓管和多級調速攪拌器，所述多孔圓管在所述導流筒的底部與所述導流筒同心相接，所述多級調速攪拌器從所述多孔圓管的底部插入所述多孔圓管；所述導流筒的頂部設有圍繞所述導流筒圓周的上固定板，所述多孔圓管的底部設有圍繞所述多孔圓管圓周的下固定板，所述上固定板和所述下固定板均為多孔板，所述上固定板的底面和所述下固定板的頂面之間填充由細胞培養載體組成的填料，所述填料的高度最多為所述上固定板底面和所述下固定板頂面之間距離的三分之二。其技術效果是：用該細胞培養床進行細胞培養時，細胞和細胞培養載體不易沖出，且細胞生長速度一致。
【專利說明】—種用于生物反應器的細胞培養床
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及醫藥設備領域的一種用于生物反應器的細胞培養床。
【背景技術】
[0002]目前用于生物反應器的細胞培養床，主要分為流化床和固定床。固定床是在一個在罐體中裝配固定的容器，該容器中間裝填有由細胞培養載體組成的填料來進行細胞培養，所述細胞培養載體通常是直徑2-6mm顆粒載體、多孔球或者片狀纖維。細胞培養液循環通過所述固定床，細胞培養液依靠攪拌器在攪拌中產生的負壓不斷在細胞培養床內流動，以進行營養成分和氧的傳遞。剛接種的細胞生長在所述細胞培養載體的表面，隨著細胞增殖，細胞開始充滿細胞培養載體間的空隙。固定床內細胞培養液流動速度大，細胞生長密度高，可減少無血清培養時的蛋白的用量，適用于增殖懸浮細胞。細胞不會因為機械剪切力的作用而受到損害。但是，由于細胞培養載體構成的填料被上固定板和下固定板壓緊，細胞的代謝產物及死細胞很難排出，同時細胞培養液不均勻的流動而造成溝流現象和營養分布不均勻，細胞生長速度一致性差。
[0003]流化床包括罐體和攪拌器等，通過所述攪拌器在所述罐體內產生向上流動的漩流，使支持細胞生長的細胞培養液呈流態化，并使內部裝填的細胞培養載體上下翻動，依附細胞培養載體生長的大量細胞在懸浮狀態生長。流化床內細胞培養液的流動性好，細胞的生長所需的營養在流化床內分布均勻，細胞生長一致性好，但容易使細胞和細胞培養載體沖出，同時隨著細胞的增多，細胞在流化床內懸浮態變差。同時流化床的規模無法放大，現有流化床的深度最大為僅為2m左右,橫截面積最大規模僅為lm3。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的是為了克服現有技術的不足，提供一種用于生物反應器的細胞培養床，其既能夠克服流化床進行細胞培養時，細胞和細胞培養載體容易沖出，造成提取的上清液殘存中細胞和細胞培養載體較多的缺陷，又能克服采用固化床進行細胞培養時，細胞生長速度不一致的缺陷。
[0005]實現上述目的的一種技術方案是:一種用于生物反應器的細胞培養床，該細胞培養床置于一罐體內，包括導流筒、多孔圓管和多級調速攪拌器，所述多孔圓管在所述導流筒的底部與所述導流筒同心相接，所述多級調速攪拌器從所述多孔圓管的底部插入所述多孔
圓管；
[0006]所述導流筒的頂部設有圍繞所述導流筒圓周的上固定板，所述多孔圓管的底部設有圍繞所述多孔圓管圓周的下固定板，所述下固定板的外圓周與所述罐體的內壁固定，所述上固定板和所述下固定板均為多孔板，所述上固定板的底面和所述下固定板的頂面之間填充由細胞培養載體組成的填料，所述填料的高度最多為所述上固定板底面和所述下固定板頂面之間距離的三分之二。
[0007]進一步的，該細胞培養床內還包括圍繞所述導流筒和所述多孔圓管圓周均布的偶數根導流管，所述的偶數根導流管貫穿所述上固定板和所述下固定板，所述的偶數根導流管中相互間隔地插接有第一通氣管。
[0008]再進一步的，任意一根所述的導流管的管壁上都設有圍繞所述導流管圓周均布的偶數列第一徑向通孔。
[0009]更進一步的，任意一根所述的導流管的管壁上，任意相鄰兩列的所述第一徑向通孔均是相錯布置的。
[0010]再進一步的，所述導流筒和所述多孔圓管內插接有緊貼所述導流筒內壁的第二通氣管，所述第二通氣管頂面的高度低于所述第一通氣管頂面的高度。
[0011]更進一步的，所述第二通氣管通過位于所述導流筒頂面的濾網固定。
[0012]進一步的，所述多孔圓管的頂部呈上小下大的喇叭口形。
[0013]進一步的，該細胞培養床內還包括位于所述上固定板和所述下固定板之間的上擋板和下擋板，所述上擋板和所述下擋板的直徑小于所述下固定板的直徑，所述上擋板和所述下擋板均為多孔板，所述填料的頂面低于所述上擋板的底面，高于所述下擋板的頂面。
[0014]采用了本實用新型的一種用于生物反應器的細胞培養床的技術方案，即固定床類的細胞培養床內的填料的高度最多為該細胞培養床高度的三分之二的技術方案。其技術效果是:其既能夠克服流化床進行細胞培養時，細胞和細胞培養載體容易沖出，造成提取的上清液殘存的細胞和細胞培養載體較多的缺陷，又能克服采用固化床進行細胞培養時，細胞生長速度不一致的缺陷。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型的一種用于生物反應器的細胞培養床的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0016]請參閱圖1，本實用新型的發明人為了能更好地對本實用新型的技術方案進行理解，下面通過具體地實施例，并結合附圖進行詳細地說明:
[0017]請參閱圖1，本實用新型的一種用于生物反應器的細胞培養床屬于固定床，置于一個罐體I內，包括:導流筒21、多孔圓管22、多級調速攪拌器3、上固定板41、上擋板42、下擋板43、下固定板44、導流管51,第一通氣管52、第二通氣管23和濾網24。
[0018]導流筒21和多孔圓管22均位于該細胞培養床的中心，多孔圓管22的頂部通過焊接與導流筒21的底部固定。導流筒21和多孔圓管22是同心設置的。多孔圓管22的管壁上均布有第二徑向通孔(圖中未顯示)。多孔圓管22的頂部呈上小下大的喇叭口形。這樣設計有利于細胞培養液在細胞培養床內的流動，多級調速攪拌器3從多孔圓管22的底部伸入多孔圓管22。多級調速攪拌器3的槳葉31為平形槳葉或者螺旋形槳葉，以改善細胞培養液在該細胞培養床內的流動狀況。
[0019]第二通氣管23緊貼導流筒21的內壁，從導流筒21的頂部伸入導流筒21，穿過整個導流筒21，伸入多孔圓管22。第二通氣管23是通過濾網24固定的，濾網24固定在導流筒21的頂面上。
[0020]上固定板41、上擋板42、下擋板43、下固定板44是沿著豎直方向從上到下依次設置的。其中上固定板41是圍繞導流筒21的頂部設置的，上擋板42是圍繞導流筒21的中部設置的，下擋板43是圍繞導流筒21的底部設置的，下固定板44是圍繞多孔圓管22的底部設置的。上固定板41底面是該細胞培養床頂面，下固定板44頂面為該細胞培養床底面，上固定板41底面與下固定板44頂面之間的距離為該細胞培養床的高h。其中，上擋板42頂面與上固定板41底面之間的距離小于等于該細胞培養床的高h的三分之一，下擋板43底面和下固定板44頂面之間的距離小于等于該細胞培養床的高h的二分之一。同時上固定板41、上擋板42和下擋板44的直徑小于下固定板44的直徑。因此,下固定板44的外圓周與罐體I的內壁固定，上固定板41、上擋板42和下擋板43與罐體I內壁之間都留有圍繞其外圓周的間隙。下固定板44底面與罐體I底面之間形成回流腔11。
[0021]本實施例中，上固定板41、上擋板42、下擋板43、下固定板44都是用的都是多孔板，選用不銹鋼或塑料制成。上固定板41、上擋板42、下擋板43、下固定板44優選的材料為多孔聚乙纟布板、多孔聚丙纟布板和多孔EFTE (聚乙纟布-聚四氣乙纟布共聚物)板。
[0022]導流管51圍繞導流筒21和多孔圓管22的圓周均布，且導流管51的數量為偶數。所有的導流管51均依次貫穿上固定板41、上擋板42、下擋板43和下固定板44。第一通氣管52相互間隔地插入導流管51，即插有第一通氣管52的導流管51和未插有第一通氣管52的導流管51是間隔分布的。
[0023]其中第一通氣管51頂面的高度高于第二通氣管23頂面的高度。
[0024]所有的導流管51的管壁上，圍繞導流管51的圓周均布有若干列第一徑向通孔(圖中未顯示)，任意相鄰的兩列所述的第一徑向通孔是相錯布置的。因此，每根導流管51上的第一徑向通孔的列數是偶數列。
[0025]該細胞培養床中還填充有細胞培養載體組成的填料6。本實施例中，細胞培養載體采用的是片狀纖維載體。填料6的高度d為該細胞培養床高度h的二分之一到三分之二，即下固定板44頂面到上固定板41底面距離的二分之一到三分之二，即填料6的頂面要高于下擋板43頂面的高度而低于上擋板42底面的高度，以使細胞培養床內的空間得到充分地利用。
[0026]該細胞培養床中，細胞培養液從導流管51和導流筒21加入該細胞培養床，細胞培養液在各個導流管51內形成向下流動的漩流，該向下流動的漩流從各個導流管51的底部沖出。細胞培養液也在導流筒21中形成向下流動的漩流，該向下流動的漩流流經導流筒21和多孔圓管22，從多孔圓管22的底部沖出，從各個導流管51和從多孔圓管22底部沖出的向下流動的漩流，在多級調速攪拌器3的作用下，在回流腔11內形成了向上流動的漩流。
[0027]由于上固定板41、上擋板42、下擋板43、下固定板44都為多孔板，該向上流動的漩流從下固定板44的底部進入填料6，為填料6中細胞培養載體內的細胞提供營養和溶解氧。該向上流動的鏇流的繼續向上流動，流經下擋板43、上擋板42和上固定板41，或者圍繞下擋板43、上擋板42和上固定板41的間隙，流出該細胞培養床，完成細胞培養液在細胞培養床內的一次循環。圍繞下擋板43、上擋板42和上固定板41的間隙是由于下擋板43、上擋板42和上固定板41的直徑小于下固定板44的直徑而形成的。
[0028]本實施例中，多級調速攪拌器3具有多級調速的功能，通過改變多級調速攪拌器3的攪拌速度，可以改變該向上流動的漩流在填料6中向上的運動速度。當多級調速攪拌器3處于零檔時，細胞培養床內無法形成向上流動的漩流。當多級調速攪拌器3的旋轉速度處于最低速的一檔時，該向上流動的漩流向上流動的速度低于填料6內細胞培養載體的沖出點，填料6中的細胞培養載體中可以在細胞培養床內沉降下來，形成類似固定床培養的培養方式。此時填料6中的細胞培養載體之間存在間隙，并且可以觀察到填料6中的細胞培養載體在進行微小的晃動，這種晃動有助于使細胞培養液在填料6均勻分布，比現有的固定床培養方式優越。
[0029]多級調速攪拌器3的旋轉速度上升，即多級調速攪拌器3的旋轉速度處于最高速的第N檔時，該向上流動的漩流向上流的速度高于填料6中的細胞培養載體的沉降速度。由于填料6中的細胞培養載體處于懸浮狀態，形成類似于流化床培養的培養方式。由于上固定板41、上擋板42、下擋板43和下固定板44所采用的多孔板，其孔徑均小于填料6中的細胞培養載體的直徑，填料6中的細胞培養載體受到上擋板42和上固定板41的兩層阻隔，而不會沖出該細胞培養床，保證了上固定板41頂面的上方是清液。
[0030]該細胞培養床固定床培養方式為主，間歇而短暫地改變多級調速攪拌器3的旋轉速度，使填料6中的細胞培養載體處于懸浮狀態，形成類似于流化床培養方式，使細胞反應器內的細胞培養液和代謝產物均質化。該細胞培養床優選的培養程序可設定為:固定床培養方式培養1-3小時，流化床培養方式培養1-3分鐘，多級調速攪拌器3停止攪拌0.5-1分鐘，再利用固定床培養方式進行細胞培養1-3小時。
[0031]該細胞培養床可實現高密度的細胞培養，細胞密度可達IO8個/ml以上，且可以進行長時間連續流華培養，即通過連續往該細胞培養床中供給細胞培養液和溶解氧，同時該細胞培養床輸出上清液，從而實現細胞的連續培養。由于多孔圓管22上的第二徑向通孔的孔徑也小于填料6中的細胞培養載體的直徑，因此該細胞培養床中的上固定板41、下固定板42和多孔圓管22都具有阻隔作用，將填料6中的細胞培養載體限制在一個封閉的空間中，使得上層清液的提取更為方便。
[0032]該細胞培養床中，導流管51的管壁上第一徑向通孔的作用在于:在豎直方向上保證填料6內細胞培養液的均勻性，導流管51的管壁上任意相鄰兩列的第一徑向通孔相錯布置，可以進一步提高在豎直方向上保證細填料6內溶解氧和細胞培養液的均勻性。在所有的導流管51中有一半的導流管51中插有第一通氣管52,其一方面可以用外來的氧氣對細胞培養床進行深層通氣，另外一方面從第一通氣管52輸入的氧氣，沖出第一通氣管52和導流管51，其中的氣泡，經過多級調速攪拌器3的攪拌后，溶解在細胞培養液中，形成溶解氧，通過對填料6底部的下固定板44，進入填料6，對在填料6的細胞培養載體中進行培養的細胞進行供氧，而不是直接通過導流管51上的第一徑向通孔進入填料6。由于在深層通氣過程產生的氧氣的氣泡已在多級調速攪拌器3的攪拌下，溶解在細胞培養液中，這樣減少了氣泡對在填料6的細胞培養載體中進行培養細胞的損傷。導流管51上的第一徑向通孔限制了從第一通氣管52輸入的氧氣中的氣泡直接從導流管51上的第一徑向通孔進入填料6。
[0033]多孔圓管22的作用還在于:將填料6中的細胞培養載體多級調速攪拌器3隔開，以防止多級調速攪拌器3的機械剪切力對填料6中的細胞培養載體內的細胞產生損傷。同時細胞在細胞培養載體內部生長，有良好的群體效應，不易脫落。另外一方面，在該細胞培養床以固化床方式進行培養時，細胞代謝產物及死細胞可以在多級調速攪拌器3的作用下，從多孔圓管22上的第二徑向通孔排出。
[0034]因此，填料6中細胞培養液進入和細胞代謝產物排出的路徑是不同的。
[0035]第二通氣管23的頂面的高度低于罐體I頂部上層清液液面的高度，以將上層清液中的溶解氧對該生物反應器進行深層通氣，進一步保證細胞培養所需的氧氣的供應。濾網24固定第二通氣管23的同時，還過濾上層清液中由于細胞呼吸作用產生的，從上固定板41外圓周與罐體I內壁之間的間隙涌出的，含有二氧化碳粘稠泡沫，防止含有二氧化碳粘稠泡沫回流到細胞培養床的底部，從而影響對在填料6的細胞培養載體中進行培養細胞的供氧。
[0036]由于該細胞培養床還通過在第一導流管51內插入第一通氣管52，解決了深層通氣的問題，因此其放大潛能好，并可在該細胞培養床內實現高密度的細胞培養，細胞密度可達IO8個/ml以上；還可以進行長時間連續的細胞培養。該細胞培養床，尤其適合于無血清培養，長時間連續灌流，長時間收獲細胞代謝產物。使用本實用新型的一種用于生物反應器的細胞培養床，生物反應器的容積可至少達到500L。
【權利要求】
1.一種用于生物反應器的細胞培養床，該細胞培養床置于一罐體(I)內，其特征在于:包括導流筒(21)、多孔圓管(22)和多級調速攪拌器(3)，所述多孔圓管(22)在所述導流筒(21)的底部與所述導流筒(21)同心相接，所述多級調速攪拌器(3)從所述多孔圓管(22)的底部插入所述多孔圓管(22);所述導流筒(21)的頂部設有圍繞所述導流筒(21)圓周的上固定板(41)，所述多孔圓管(22)的底部設有圍繞所述多孔圓管(22)圓周的下固定板(44)，所述下固定板(44)的外圓周與所述罐體(I)的內壁固定，所述上固定板(41)和所述下固定板(44)均為多孔板,所述上固定板(41)的底面和所述下固定板(44)的頂面之間填充由細胞培養載體組成的填料(6)，所述填料(6)的高度最多為所述上固定板(41)底面和所述下固定板(44)頂面之間距離的三分之二。
2.根據權利要求1所述的一種用于生物反應器的細胞培養床，其特征在于:該細胞培養床內還包括圍繞所述導流筒(21)和所述多孔圓管(22)圓周均布的偶數根導流管(51)，所述的偶數根導流管(51)貫穿所述上固定板(41)和所述下固定板(44)，所述的偶數根導流管(51)中相互間隔地插接有第一通氣管(52)。
3.根據權利要求2所述的一種用于生物反應器的細胞培養床,其特征在于:任意一根所述的導流管(51)的管壁上都設有圍繞所述導流管(51)圓周均布的偶數列第一徑向通孔。
4.根據權利要求3所述的一種用于生物反應器的細胞培養床,其特征在于:任意一根所述的導流管(51)的管壁上，任意相鄰兩列的所述第一徑向通孔均是相錯布置的。
5.根據權利要求2所述的一種用于生物反應器的細胞培養床，其特征在于:所述導流筒(21)和所述多孔圓管(22)內插接有緊貼所述導流筒(21)內壁的第二通氣管(23)，所述第二通氣管(23)頂面的高度低于所述第一通氣管(52)頂面的高度。
6.根據權利要求5所述一種用于生物反應器的細胞培養床，其特征在于:所述第二通氣管(23)通過位于所述導流筒(21)頂面的濾網(24)固定。
7.根據權利要求1所述一種用于生物反應器的細胞培養床，其特征在于:所述多孔圓管(22)的頂部呈上小下大的喇叭口形。
8.根據權利要求1所述的一種用于生物反應器的細胞培養床，其特征在于:該細胞培養床內還包括位于所述上固定板(41)和所述下固定板(44)之間的上擋板(42)和下擋板(43)，所述上擋板(42)和所述下擋板(43)的直徑小于所述下固定板(44)的直徑，所述上擋板(42)和所述下擋板(43)均為多孔板，所述填料(6)的頂面低于所述上擋板(42)的底面，高于所述下擋板(43)的頂面。
【文檔編號】C12M3/02GK203403095SQ201320374368
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年6月27日 優先權日:2013年6月27日
【發明者】陳光南 申請人:上海日泰醫藥設備工程有限公司