[發明專利]受控運行生物技術裝置的方法以及生物反應器系統

有效

• 申請號: 201280060915.0
• 申請日: 2012-10-10
• 公開（公告）號: CN103998596A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 馬蒂斯·阿諾德;G·艾特爾;S·賽爾茲
• 申請（專利權）人: 德國達斯其普信息與程序技術有限公司
• 主分類號: C12M1/34
• 分類號: C12M1/34;H02J3/14
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 聶慧荃;黃艷

技術領域

本發明涉及一種受控運行生物技術裝置的方法以及一種生物技術裝置。

本發明還涉及對生物技術裝置中的生物反應器的反應容器中設置的一個或多個培養室的溫度進行控制的領域。

背景技術

生物反應器，也稱為發酵器，是生物技術裝置的一部分。它們具有封閉的反應室，其中真核細胞或原核細胞在被限定和控制為盡可能最佳的條件下進行培養。利用生物體需要的邊界條件以及借助于該過程需要首要和次要物質來研究、優化和執行物質的轉化，其主要是通過處理工程而自動操作和控制。

在“臺式規模(benchtop?scale)”(實驗室規模，laboratory?scale)上實施的典型的生物技術方法中，經常使用玻璃反應容器。這樣能設計出耐高壓加熱的生物反應器，其中玻璃反應容器能夠在壓熱器中以單件的形式被蒸汽滅菌。于是，在這樣的情況下，有必要在高壓滅菌之前使整個反應容器與控制單元脫離連接。所述連接通常采取軟管連接件的形式，諸如夾緊螺釘連接、推入連接器、壓接或者相似的連接形式。因此，生物反應器的這種耐高壓加熱的設計需要連接到生物反應器自身的生物技術裝置的功能性部件都盡可能高效地安裝在反應容器上，并且當高壓滅菌到期時能夠被再次拆除。

另一種生物反應器的設計采取一次性生物反應器的形式，其中反應容器例如僅在一個培養過程中使用，然而被分配給反應容器的功能性元件(如攪拌器驅動器，或者用于排除廢氣的溫度控制單元和/或培養室)能夠重復使用。在該連接中，也有必要將聯接到生物反應器的生物技術裝置的功能性部件盡可能高效地安裝在反應容器上以及在使用后再次拆除。

由于其中使用的生物培養物的特性，生物反應器通常在約10℃到約50℃的溫度范圍內運行，并且在極為少有的極端微生物培養的情況下，生物反應器還處于-20℃與150℃之間。為了控制培養溫度，已經提出了多種方法和裝置。一個方法包括在熱聯接的電加熱元件的幫助下，例如使用加熱毯或包含一體化元件的溫度控制齒板(temperature-control?jaws)直接加熱反應容器的外部。冷卻則是利用浸入的熱交換器(諸如制冷劑流過其中的冷卻棘爪或冷卻線圈)來實施。

與上述的加熱相關，反應容器的外部能夠被冷卻，替代地，借助通常卡爪狀或盆狀設計的熱聯接裝置，其溫度能夠通過以可控的體積流速經過它的制冷劑來降低。

一個公知的替代方案是使用雙壁反應容器，并且預加熱過或預冷卻過的流體流經與反應容器的內部分離的外部分隔間。流體典型地例如借助電加熱器以整體加熱的方式在循環中被加熱。流體借助熱交換器中的輔助制冷劑或者通過置換(即通過將額外的制冷劑混合到該循環并且同時去除相同量的溫熱流體)而被冷卻。

最后，另一公知的替代方案是使用采取輻射熱(例如紅外線源)形式的間接的外部加熱。之后，以如上所述的方式執行冷卻。

用于控制生物反應器中的培養室的溫度的控制回路典型地由適當地浸入培養室中的培養物中的溫度傳感器以及溫度控制器形成。在極少的情況下，供應溫度也是受控的。

對于多個小型的、平行的培養，若干小型反應容器(諸如多井板或搖瓶)被設置在溫度控制的分隔間中，例如保溫箱或熱處理室中。在這些情況下，典型地，僅氣體(例如N2、O2和CO2的混合氣體)的溫度適于在該室中被適當地控制。典型地，培養溫度不是被直接測量或通過反饋測量，這會導致培養物內的溫度不確定，在具有高細胞密度和產生強烈的特定生物熱量的培養物的情況下尤其如此。

在研究和擴展中，一般使用非固定安裝的耐高壓加熱的生物反應器系統。在這樣的系統中，為了滅菌的目的，反應器或培養皿與不能被蒸汽滅菌的那些系統部件暫時分開。這包括在控制溫度的公知方法和裝置的情況下的額外處理。有必要中斷流體循環，這意味著必須設置適當的聯接和隔絕裝置。根據用于溫度控制的流體，所述流體還必須從需要滅菌的子系統中去除。在很多情況下，流體運行的冷卻裝置的另一缺點是在例如連接管或相似物等系統部件上形成的堅固的冷凝物(來自周圍的空氣)。類似的缺點是由于連接和斷開一次性生物反應器中的溫度控制元件而造成的。

由于溫度控制流體(通常水狀)的熱容量相對較高，當必要時，它無法在短期內處于某種狀態(冷卻)，但是通常必須以適當的形式被永久地保持可用。除了用于該目的的裝置(諸如再循環冷卻器和/或未充分隔離的導管)的能量效率通常很差之外，這經常導致工作場所中呈噪音和熱量形式的額外危害。