[發明專利]一種用于貼壁細胞培養的一體化生物反應器

有效

• 申請號: 201910441574.5
• 申請日: 2019-05-24
• 公開（公告）號: CN110106085B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 羅語溪;龔逸鴻;孫宋融
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: C12M3/04
• 分類號: C12M3/04;C12M1/38;C12M1/36;C12M1/34;C12M1/24;C12M1/04
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 陳衛

本發明提供一種用于貼壁細胞培養的一體化生物反應器，所述生物反應器包括依次連接的調控系統、反應釜體和細胞培養單元，所述調控系統、反應釜體和細胞培養單元的內部相連通；所述調控系統上設置有氣體壓力平衡孔和滴液孔，所述細胞培養單元上設置有中心導流孔和液位監控孔，所述氣體壓力平衡孔和液位監控孔通過管道相連通構成液位傳感器，所述生物反應器還包括細胞懸浮瓶，所述中心導流孔一端通過管道與滴液孔相連通，另一端通過管道與細胞懸浮瓶相連通。本發明成功地將細胞培養單元及調控系統的培養基進行交換與循環，成功實現了各單元培養基pH值及溶氧值的統一調控；還實現了對細胞培養單元中層流剪切力和液面高度的調控。

技術領域

本發明涉及生物反應器技術領域，更具體地，涉及一種用于貼壁細胞培養的一體化生物反應器。

背景技術

生物反應器是可以很好地模仿生物內環境，從而為不同細胞的生長提供所需要的營養物質、物理環境和化學環境的體外培養擴增裝置。因此在藥物的生產、組織工程以及再生醫學中，生物反應器擁有極大的發展前景與潛力。

在生物反應器中，可流動式的培養液使得培養液中的營養物質更加均勻的分布，從而使得細胞可以很好地汲取營養物質進行生長并且即時排泄出代謝廢物。目前生物反應器可按照不同的培養方式分為很多種類。以培養液流動方式可以分為灌注式生物反應器以及混合式生物反應器，當中灌注式生物反應器的傳遞效率高、流場穩定，因此愈發受到研究人員的關注。灌注式生物反應器同樣可以按結構分為流化床反應器、多層平板反應器和中空纖維反應器等。在多層平板灌注式生物反應器中，將平行排列的多層平板作為細胞的載體，在平板與平板充斥著培養液，通過中心導流孔聚集于出液孔或流入不同層培養板，目前已成功應用于干細胞體外培養、生物人工肝等臨床試驗中。

中國專利ZL 201310197609.8公開了一種灌注式生物反應器，其含有雙層循環系統，包括設于培養罐外部的外層循環系統、培養罐、設于培養罐內部的氣體加注系統和內層循環系統，旨在解決細胞在實驗培養過程中對于循環流動的培養液的需求矛盾，并且可以提升培養液中氧氣的溶解度以及均勻分布的問題，更加方便廢棄物的排出，并且極大地減少了產生在細胞培養區域的氣泡。但該專利并沒有解決pH、溶氧、剪切力可控的技術問題。

在生物反應器中，細胞的生長與流場剪切力的大小及分布關系密切。合適的流場剪切力可以有效地促進細胞分化以及細胞生長的活性，相反地，過大的流場剪切力會導致細胞活性的降低甚至導致細胞凋亡。灌注式生物反應器存在的問題即為培養液入口處的流場剪切力較大，無法為細胞提供合適的生長環境。此外，在氣泡破裂處細胞會受到剪切力的影響，導致細胞的活性降低。目前的多層平板生物反應器采用直接將培養液灌注到多層平板結構中，造成分布不均勻的流場剪切力環境，抑制細胞的生長。因此，很有必要研發一種pH、溶氧以及剪切力可控的生物反應器。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術pH、溶氧以及剪切力不可調控的不足，提供一種用于貼壁細胞培養的pH、溶氧、剪切力可控的一體化生物反應器，本發明提供的一體化生物反應器能夠實現貼壁細胞培養環境的pH值、溶氧、層流剪切力及溫度等的微環境調控。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種用于貼壁細胞培養的pH、溶氧、剪切力可控的一體化生物反應器，所述生物反應器包括依次連接的調控系統、反應釜體和細胞培養單元，所述調控系統、反應釜體和細胞培養單元的內部相連通；所述調控系統上設置有氣體壓力平衡孔和滴液孔，所述細胞培養單元上設置有中心導流孔和液位監控孔，所述氣體壓力平衡孔和液位監控孔通過管道相連通構成液位傳感器，所述生物反應器還包括細胞懸浮瓶，所述中心導流孔一端通過管道與滴液孔相連通，另一端通過管道與細胞懸浮瓶相連通；所述滴液管和中心導流孔相連通的管道上設置有出流蠕動泵，所述中心導流孔與細胞懸浮瓶相連通的管道上設置有入流蠕動泵。