[發明專利]一種生物反應器

有效

• 申請號: 200910241680.5
• 申請日: 2009-12-01
• 公開（公告）號: CN101709266A
• 公開（公告）日: 2010-05-19
• 發明（設計）人: 霍小林;吳昌哲;李明
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: C12M3/00
• 分類號: C12M3/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲;賈玉忠

技術領域

本發明涉及一種醫療設備，特別涉及一種生物反應器。

背景技術

現有的生物反應器主要有四大類，即：氣升細胞培養生物反應器、中空纖維管生物反 應器、通氣攪拌生物反應器和無泡攪拌生物反應器。其中大多數用于發酵或植物細胞培養， 不符合動物細胞培養的要求。由于動物細胞沒有細胞壁，它對剪切力敏感，生物反應器中因 攪拌和通氣產生的流體剪切和氣泡現象會無可避免地導致細胞損傷甚至破損、死亡，使培養 過程失敗。用于動物細胞培養的生物反應器必須確保提供良好的傳質混合，又要盡可能使流 體的剪切力降低以減少對細胞的損傷。

目前在人工肝體外支持領域仍沒有專用的生物反應器裝置，臨床使用較多的仍是普通 中空纖維管生物反應器和近年出現的旋轉循環培養系統。

中空纖維管生物反應器由上萬根多孔空心毛細纖維管組成，中空纖維呈平行排列，置 于圓柱形密封倉內，在纖維毛細管半透膜內外形成兩個獨立的腔隙，即管內腔和管外腔，分 別用于放置被培養細胞和培養液循環灌注。中空纖維管生物反應器是由透析柱演變而來，只 是所含中空纖維由乙酸乙酰纖維素制成，通常選取內徑195微米，外徑255微米，半透膜分 子接流量為68千道爾頓，內腔總容積99毫升，外腔容積145毫升，細胞容量約1×10¹⁰個。

中空纖維管生物反應器由于其結構的限制可容納肝細胞數量較少，難以滿足人工肝體 外支持的治療需求。在培養過程中由于肝細胞分布不均勻，交換面積有限和氧供不足等原因， 而失去活性。細胞容易沉積于反應器底部，既影響細胞的生長又不利于物質交換。旋轉循環 培養系統但雖然降低了流體剪切力，由于氣液傳質效率低導致培養細胞量擴增困難以及細胞 狀態不佳等問題。

為加大氧供量將氣體直接噴射到反應器內的液體中，通過氣液交換使氣體溶解到液體 中。這種供氣方式易形成大量的泡沫，尤其是在含有血清的液體中，大量泡沫的破裂所產生 的剪切力會使被培養細胞死亡，同時，與患者血液交換的循環回路是嚴格禁止氣泡進入的。 這些缺陷制約了生物人工肝體外支持療效的提高。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的缺點，提出一種用于人工肝體外支持以及細胞培養研究 的生物反應器，它可以克服常規反應器中細胞分布不均、氧供不足和被培養肝細胞結團成塊 后的“死心活殼”等缺陷。

本發明生物反應器為細胞提供更符合人體內生理環境的生長與培養條件，無泡沫氧供方 式和高效的物質交換有利于獲得具有高活性、高密度培養細胞，最大限度地發揮生物學作用、 生物合成與轉換代謝功能，保障以本發明生物反應器為核心的人工肝體外支持的療效。

本發明生物反應器由往復轉動的細胞培養罐總成模塊、氣體彌散控制總成模塊和液體 流向控制總成模塊連接組成。

細胞培養罐總成模塊、氣體彌散控制總成模塊和液體流向控制總成模塊通過細胞培養 液體循環管道串聯連接。來自本發明生物反應器的外圍設備的管路連接到氣體彌散控制總成 模塊的輸入端口；氣體彌散控制總成模塊的輸出端口連接到液體流向控制總成模塊的第一輸 入端口，液體流向控制總成模塊的輸出端口連接到往復轉動的細胞培養罐總成模塊的輸入端 口；往復轉動的細胞培養罐總成模塊的輸出端口與液體流向控制總成模塊第二輸入端口相連 接；氣源的輸出端口連接到氣體彌散控制總成模塊的管外腔第一端口；氣體彌散控制總成模 塊的管外腔第二端口開放，與外環境相通。

細胞培養罐總成模塊內的動力傳遞機構把步進電機的動力送達往復轉動的細胞培養罐 罐體，使其以動力傳遞機構中心軸線的延長線為軸做往復式轉動。

氣體彌散控制總成模塊由以下零部件組成：透析柱，氧氣瓶，氮氣瓶，二氧化碳氣瓶 以及分別安裝在氧氣、氮氣和二氧化碳這三種氣體控制通路上的電磁閥門。透析柱的管外腔 第一端口與所述的三個電磁氣體閥門輸出端相連接，用于將準備彌撒進入細胞培養液的氣體 導入。透析柱的管外腔第二端口開放與外環境相通，用作多余氣體排放。透析柱的管內腔第 一端口通過管路與來自本發明生物反應器外圍設備的管路相通，使細胞培養液流經透析柱內 由疏水性聚砜半透膜材料制成的中空纖維毛細管芯，并通過透析柱的管內腔第二端口到達液 體流向控制總成模塊的第一輸入端口。