[發明專利]用于生物反應器的通氣裝置

在審

• 申請號: 202010457769.1
• 申請日: 2020-05-26
• 公開（公告）號: CN111454841A
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 劉禹;陳睿
• 申請（專利權）人: 上海艾眾生物科技有限公司
• 主分類號: C12M3/00
• 分類號: C12M3/00;C12M1/34;C12M1/12;C12M1/04
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 胡海滔

本公開公開了用于生物反應器的通氣裝置，所述生物反應器具有容納動物細胞和液體的混合溶液的罐體，所述通氣裝置包括：氣體分布器，所述氣體分布器構造為浸沒在罐體的混合溶液內，并且包括分布器主體和由分布器主體支撐的膜片，所述分布器主體具有通氣槽，所述膜片構造成將通氣槽中的氣體以無氣泡的方式溶解到混合溶液中；進氣單元，所述排氣單元與通氣槽流體連通并向通氣槽輸送進氣氣體，和排氣單元，所述排氣單元與通氣槽流體連通，并將通氣槽中的未溶解的氣體排出分布器主體。通氣裝置大大提高了生物反應器對生物過程中的氧氣消耗速率的監測水平。

技術領域

本公開總體上涉及生物反應器領域。更具體來說，本公開涉及一種用于生物反應器的通氣裝置。

背景技術

在動物細胞的生物反應器設計中，氧氣在培養基中的溶解能力一直是最重要的設計參數之一。一般情況下，氧氣的傳遞速率要大于動物細胞的氧氣消耗速率，以其維持動物細胞的正常代謝水平。深層通氣式生物反應器通常采用各種方法來使空氣氣泡盡可能小，以提高單位氣體量下的傳質比表面積，增大氧氣的傳遞效率。但是研究發現，越小的氣泡上升過程中的破裂產生的剪切力越大，這會對較為脆弱的動物細胞造成不可逆的影響。

目前，大多數一次性生物反應器采用厘米級氣泡分布器和微米級氣泡分布器的結合。厘米級氣泡分布器產生的氣泡直徑較大，傳質比表面積較小。因此，厘米級氣泡分布器排出二氧化碳的能力較好，但是傳遞氧氣的能力較差，一般用來吹散溶解在培養基中的多余二氧化碳氣泡。微米級氣泡分布器通常采用金屬或塑料材質的燒結方法制成，其最小孔徑可以控制到2-20um。在相同流量的氣體條件下，微米級氣泡分布器產生的氣泡數量眾多，有效地提高了傳質比表面積。但是，微米級氣泡分布器產生的過小氣泡會對動物細胞(尤其是干細胞)造成較為顯著的傷害。因此，在用于動物細胞的生物反應器設計中，氧氣傳遞和氣泡剪切力的矛盾較為突出。

因此，傳質系統的無氣泡設計是未來發展的方向。但是，現有的無氣泡生物反應器采用反應器外循環傳質的方式，利用蠕動泵將培養基泵送出培養體系，增加了蠕動泵對動物細胞的剪切力傷害。另外，現有的生物反應器以不銹鋼罐為主，在使用過程中均需濕熱滅菌，因此很難應用很多新開發的微孔膜材質。

另一方面，在生物反應器的工藝控制上，監控動物細胞的氧氣消耗速率十分重要。通常的做法是將生物反應器的尾氣通入氣體質譜檢測儀。通過比對進氣流量及其氣體組成、和排氣流量及其氣體組成，來推斷動物細胞消耗的氧氣量(OUR)。但是，在排氣過程中，生物反應器內的上方非液體區域會形成尾氣緩沖區，使得OUR的計算失效，很難得到實時的OUR數值。另外，氣體質譜檢測儀非常昂貴，這大大增加了生產成本。

發明內容

本公開的目的之一是提供一種能夠克服現有技術中至少一個缺陷的通氣裝置。

本公開的第一方面涉及一種用于生物反應器的通氣裝置，其中，所述生物反應器具有容納動物細胞和液體的混合溶液的罐體，所述通氣裝置包括：

氣體分布器，所述氣體分布器構造為浸沒在罐體的混合溶液內，并且包括分布器主體和由分布器主體支撐的膜片，所述分布器主體具有通氣槽，所述膜片構造成將通氣槽中的氣體以無氣泡的方式溶解到混合溶液中；

進氣單元，所述排氣單元與通氣槽流體連通并向通氣槽輸送進氣氣體，和

排氣單元，所述排氣單元與通氣槽流體連通，并將通氣槽中的未溶解的氣體排出分布器主體。

在一些實施例中，通氣槽設置在分布器主體的壁部上，并且構造成引導進氣氣體在壁部的整個外表面上流動。

在一些實施例中，壁部包括頂部凸緣、底部凸緣和位于頂部凸緣和底部凸緣之間的一個或多個突出部，頂部凸緣、底部凸緣和突出部均從壁部的外表面徑向向外突起。

在一些實施例中，頂部凸緣、底部凸緣和/或突出部形成支撐膜片的支撐骨架。