[發明專利]一種用于動物細胞培養的多室鼓泡塔生物反應器

有效

• 申請號: 202011209231.5
• 申請日: 2020-11-03
• 公開（公告）號: CN112410222B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 李雪良;陳堅;堵國成;徐勝楠;劉宏斐
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: C12M3/02
• 分類號: C12M3/02;C12M1/36;C12M1/04;C12M1/00
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 林娟

一種用于動物細胞培養的多室鼓泡塔生物反應器，包括反應器，反應器內部分隔成若干腔室，各腔室上部封閉底部聯通，各腔室下部分別具有至少一個氣體分布器，各腔室頂部分別具有至少一個閥口；若干腔室中至少一個腔室的頂部具有氣體；各氣體分布器分別向各腔室內輸入氣體，同時各閥口交替打開或關閉使各腔室內液體的液面交替上升或下降。本發明的一種用于動物細胞培養的多室鼓泡塔生物反應器，實現了無攪拌混合，并同時克服了低氣速、大氣泡操作時混合時間過長和可操作液位范圍過窄的問題。培養的細胞濃度能夠達到10⁶細胞/毫升以上。使用較低的氣體流量和較大的氣泡，仍能保持較好的混合效果。可應用于大規模培養剪切力敏感的動物細胞。

技術領域

本發明涉及生物反應器領域，具體涉及一種適用于對剪切敏感的動物細胞大規模、高密度培養，尤其適用于貼壁依賴型動物細胞微載體懸浮培養的雙室鼓泡塔生物反應器。

背景技術

生物反應器的目的在于為所培養的細胞提供適合其生長或者產品合成的最優環境。這些環境參數包括但不限于溶氧(DO)、二氧化碳分壓(pCO₂)、酸度(pH)、滲透壓、離子強度、底物濃度、溫度、壓強、剪切應力等。維持這些參數恒定和均一的方式一般是通過內部攪拌。但是，由于攪拌帶來的剪切力對細胞有較大的損害，細胞培養生物反應器攪拌速率很低，造成混合效果較差。反應器體積大了以后也無法保證各處濃度的均一性。尤其是在細胞濃度較高時，即便是反應器體積不是很大，混合不足也會造成局部代謝廢物積累，pH偏離最優值等情況，影響細胞的生長和產物的合成，嚴重時造成細胞的凋亡。雖然有各種不同的攪拌槳設計旨在降低剪切力，但是只要是采用這種形式的攪拌，問題就無法從根本上避免。因此，動物細胞培養反應器的體積通常被限制在了1～2m³，僅在特殊情況下有達到20m³的。氣升式生物反應器沒有攪拌部件，靠通氣后在上升管和降液管之間產生的靜壓差連續推動反應器內液體的循環流動，具有結構簡單、剪切力低等有點，適合大規模、高密度動物細胞培養。然而氣升式反應器的混合，依賴于較大的氣體流量和較小氣泡。但是，動物細胞耗氧量較小，無需大量通氣；而且微小氣泡破裂時產生的剪切作用對細胞也有較大的損害。傳統氣升式反應器還有一個不足是無法操作在低液位。李等發明了一種靠活塞往復運動推動液體混合的無攪拌反應器(ZL201910535312.5)解決了快速混合和剪切之間的矛盾，但該設計結構復雜，運行維護成本較高。

發明內容

[技術問題]

常規氣升式反應器或鼓泡塔反應器在較低氣速和較大氣泡時混合不足；常規氣升式反應器無法操作在低液位。

[技術方案]

一種用于動物細胞培養的多室鼓泡塔生物反應器，包括反應器，反應器內部分隔成若干腔室，各腔室上部封閉底部聯通，各腔室下部分別具有至少一個氣體分布器，各腔室頂部分別具有至少一個閥口；若干腔室中至少一個腔室的頂部具有氣體；各氣體分布器分別向各腔室內輸入氣體，同時各閥口交替打開或關閉使各腔室內液體的液面交替上升或下降。

優選的，所述反應器的腔室為兩個。

優選的，所述反應器的兩個腔室由隔板或圓筒隔開。

優選的，所述反應器為圓柱狀。

優選的，所述反應器的底部是平面、半球面或橢球面。

優選的，所述氣體是空氣、氧氣、氮氣、二氧化碳中的至少一種。

優選的，所述閥口是電磁閥。

優選的，還包括若干液位開關，液位開關位于其中一個腔室上部或若干腔室上部，根據液位開關探測的液位信息控制所述閥口的打開或關閉。

優選的，所述腔室為兩個，所述液位開關也為兩個，兩個液位開關上下分布與同一腔室上部或水平分布于各腔室上部。

優選的，所述反應器內培養的是懸浮的動物細胞或者懸浮的貼附有動物細胞的微載體。