[實用新型]一種勢差循環式生物反應器

無效

• 申請號: 201120003914.5
• 申請日: 2011-01-07
• 公開（公告）號: CN201971839U
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發明（設計）人: 韓志強;李順靈;張明環;劉慧濤
• 申請（專利權）人: 鄭州威瑞生物技術有限公司
• 主分類號: C12M3/00
• 分類號: C12M3/00
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 陳浩

技術領域

本實用新型涉及一種利用重力勢能推動培養液循環的勢差循環式生物反應器，該生物反應器主要用于動物細胞培養以及利用動物細胞進行生物技術產品的生產，也可用于昆蟲細胞和植物細胞和微生物的培養及其生物技術產品的生產。

背景技術

利用培養的動物細胞（包括人類細胞）進行生命科學研究，細胞移植治療臨床疾病和生產生物技術產品（如蛋白類，多肽類，核酸類，抗體類，病毒載體和病毒疫苗類）的生產，往往需要進行高效的和規模化的動物細胞培養，因此需要研發和生產能滿足高效率和規模化生產的動物細胞反應器。所謂動物生物反應器就是在人工設定的溫度、PH和溶氧等條件下進行大規模的動物細胞培養以及利用這些大規模培養的動物細胞進行生物技術產品生產的裝置。由于動物細胞生長緩慢且無細胞壁，對溫度和PH等環境變化適應能力差以及對通氣和攪拌造成的剪切力敏感，因此，在進行動物細胞培養時，要在適宜的溫度和Ph環境下，提供細胞最充分的氧氣（O2）和營養物質，而最大限度地避免攪拌和充氣氣泡造成的剪切損傷。這也是動物細胞反應器與其他反應器（如微生物發酵罐）不同之處。近幾十年來科學家們一直在致力于理想的動物生物反應器的研發和生產，目前從逐級放大到工業化生產已有不同類型生物反應器進入市場，例如多層板反應器、轉瓶培養器、塑料袋增殖器、螺旋膜反應器、管式螺旋反應器、陶質矩形通道蜂窩狀反應器、流化床反應器、中空纖維反應器，膜式反應器、攪拌反應器、氣升式反應器和灌流式反應器等，其原理都是盡可能提高氣液接觸和氣液交換以增加培養液的溶氧，以盡可能小的剪切力實現充分混合以滿足細胞對氧氣和營養物質的需求。從培養細胞的生長形式分來看，上述生物反應器可為懸浮培養式和貼壁培養式兩大類。懸浮培養式生物反應器主要用于非貼壁細胞的懸浮培養和貼壁細胞-微載體的懸浮培養，所謂非貼壁型細胞，即是無需附著于支持物表面即可生長，包括血液、淋巴組織細胞、許多腫瘤細胞及某些轉化細胞。這類細胞需要進行懸浮培養。無血清懸浮培養是用純化的人源或動物來源的已知蛋白或激素代替動物血清的一種細胞培養方式，它能減少后期純化工作，提高產品質量，正逐漸成為動物細胞大規模培養的趨勢。所謂貼壁型細胞，則是需要附著于帶適量電荷的支持物表面才能生長的細胞，大多數動物細胞，非淋巴組織細胞和許多異倍體細胞均屬于這一類。

盡管各種生物反應器在結構，培養細胞類型，動力傳遞，規模，效率，剪切力，操作復雜性，是否交叉污染和價格等方面各有不同，但能在國內外形成主流產品的主要包括有：轉瓶生物反應器，磁力攪拌生物反應器，NBS為代表的籠式生物反應器，WAVE波浪式生物反應器和AP激流式生物反應器等。其中轉瓶反應器可進行貼壁細胞培養，具有剪切力小的優點；磁力攪拌反應器對非貼壁細胞和貼壁細胞-微載體均可進行懸浮培養，但磁力攪拌剪切力較大；無論轉瓶反應器還是磁力攪拌反應器，都只能進行小規模細胞培養或為規模化培養提供種子放大，勞動強度大，效率低，不能規模化或者說是批量化生產，就難以質量控制，此外非一次性使用，存在交叉污染問題。市場上能夠進行規模化工業化生產的代表性主流生物反應器主要有三種，一是NBS靜止灌流式生物反應器，二是WAVE搖袋式生物反應器，三是安普激流式反應器。NBS靜止灌流式生物反應器是利用培養液鼓泡充氧，攪拌漿攪拌循環，對靜止生長在籠內的膜片載體上的細胞進行灌流式培養，具有剪切力小和適于大規模貼壁細胞培養，缺點是不適于懸浮培養，因攪拌的剪切力過大會對懸浮培養的細胞組成損傷，而且該設備結構復雜，還存在操作技術難度大，價格昂貴，非一次性使用存在清洗消毒的費時費力和交叉污染問題。WAVE搖袋式生物反應器是將細胞培養在一次性塑料軟袋中進行培養，通過搖袋產生波浪，使細胞懸浮，培養液混合，氣體交換，其剪切力相對較小，適于非貼壁細胞和微載體-貼壁細胞的懸浮培養。其主要缺點是：該產品對貼壁細胞不能高密度的培養，據報道，至少10倍到100倍低于像靜止灌流式培養。對懸浮培養的細胞，小體積培養時,不能產生足夠的波浪使細胞懸浮，細胞沉積在袋底，在搖動過程中相互摩擦而損傷，因此小規模放大時，往往需要借助轉瓶或磁力攪拌培養瓶。其次，不同型號的WAVE培養袋要用與之匹配的搖擺器，小袋部能用大搖擺器，大袋也不能用小搖擺器，要從小規模培養經逐級放大到大規模工業化生產需要購買一系列昂貴的設備。此外，WAVE搖袋是塑料軟袋，加上相連的一系列管道，操作也比較復雜。安普激流式反應器具有溶氧高，剪切力小和一次性激流式反應袋無交叉污染的優點，?但僅可用于規模化貼壁細胞的靜止培養，不能用于非貼壁細胞的懸浮培養，因為利用蠕動泵產生的培養液循環會反復擠壓懸浮培養的細胞。該設備也較昂貴，操作也較復雜。