专利名称：细胞培养管及包括该管的辊式多管细胞培养设备的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及一种在体外培养动物细胞中使用的细胞培养系 统，而更具体地说，涉及一种大量细胞培养系统，这种大量细胞培养 系统使用适合用在体外培养动物细胞中的 一束细胞培养管。
背景技术：
为了有效的动物细胞培养，近来将注意力已集中到依据细胞性能 的培养方法上。结果，适合于杂种瘤和胚干细胞的培养方法已开发出 来，并被广泛使用。然而，用于大量培养粘着细胞，比如成纤维样细 胞、上皮样细胞等至今开发出的方法尚未完善，这是因为生产率低和 要求长时间的大量培养的缺点所致。
作为用来克服这些问题的技术，提出了细胞培养管和使用这种管 的细胞培养系统。
根据这种传统技术，通过利于马达转动在壳体内鼓式安装的辊中 组装的管束，可实现动物细胞的大量生产，同时以恒速率将培养基供 给到鼓中，以使培养基能流入组装的管里，以便由于旋转将细胞均匀 地分布在整个管中。对于这种培养系统的详细构成，可以参考由本发
明人提交的韩国专利申请No.2001-0027831 。
然而，该培养系统的缺点在于，因为进入辊式鼓中组装的管内的 培养物流入量根据其位置而不同，所以培养环境各管之间互不相同， 从而导致难以实现均匀的细胞培养。而且，当细胞和培养基经过位于 管的相对端壁上的开口流入和流出时，薄膜由于表面张力而形成在开 口上，使得培养基难以自由地运动穿过开口。这些问题参照图2至4 详细地描述。
图2示出传统的辊式鼓4，在该辊式鼓4中，组装了成束的细胞
4培养管1。当预定量的培养基被供给到辊式鼓4中时，该培养基在鼓4 的底部聚集。而当辊式鼓4绕中心转轴3转动时，培养基流入到每个 细胞培养管1中。
参照图3，在该透视图中示出传统的细胞培养管1，该细胞培养管 l具有在其相对端壁上形成的开口 2。开口 2偏心地位于相对应的位置， 与端壁的边缘侧部接触，并用作闸门，通过这些闸门培养基可以流入 和流出。然而，开口 2与细胞培养管的底部形成平行，当出现表面张 力因而在开口 2上形成液滴时，不允许培养基在其间穿过而自由地运 动。
现转向图4，传统的细胞培养管1根据它们距中心转轴3的距离 含有不同量的培养基。例如，在中心转轴3附近的管la含有少量培养 基，而远管lb含有比较大量的培养基。这种差别是因为在培养基的液 位与细胞培养管la和lb之间的角度根据管la和lb与中心转轴3间 隔开多远而变化。在细胞培养管la和lb之间培养基数量的差别导致 细胞培养管中细胞培养不均匀。
发明内容
4支术问题
因此，已使本发明注意到现有技术中出现的上述问题，而本发明 的目的是提供一种大量细胞培养系统，在这种细胞培养系统中，不论 管的位置如何，培养基均以恒量输入到管中，以使恒量的培养基得以 流入到在管束的每个管中，从而遍及管能进行均匀的细胞培养。
本发明的另一个目的是提供一种细胞培养管，该细胞培养管设计 成向其输入和从中排出恒量的培养基，且由于表面张力而不会在其开 口上形成液滴。
技术方案
为了实现以上目的，本发明提供一种细胞培养管18，该细胞培养 管18在相对端壁上具有两个相应的偏心开口 ，这两个相应偏心开口通 过在细胞培养管18中形成的内部直通道彼此连通，所述内部直通道相对于细胞培养管的纵轴线成一角度倾斜，以使培养基能通过开口平稳 地流入和流出内部通道。
优选地，内部直通道以l-5度的角度倾斜。
在本发明的另一个优选实施例中，两个开口中的一个位于与端壁 的边缘侧部接触的位置上，而另一个形成为使其周边与管18的边缘侧 部间隔开。
在另外的优选实施例中，细胞培养管18具有从包括圆形、椭圆形、 及多边形的种类中选择的横截面。
另外，在相对端壁侧部形成的开口中的每一个优选地具有管的横 截面面积的1%至70%的范围的尺寸。
按照本发明的另一个方面，提供一种辊式多管细胞培养设备，该 设备包括圆柱形壳体14，其用于容纳至少一个鼓13, —束细胞培养 管18在鼓中排列，鼓围绕壳体的轴21可转动，所述细胞培养管18 具有在其相应端壁上形成的两个椭圆形或半椭圆形开口 19;驱动装置 20，其用于转动鼓13;培养基储罐30，其用于储存将要供给到鼓13 中的新培养基；及收获储罐40，其用于储存在鼓13中生长的培养产 品；其中，细胞培养管18a中的每一个在其相应端壁上具有两个椭圆 形开口 19a，并定位在轴21附近;而细胞培养管18b中的每一个在其 相应端壁上具有两个半椭圆形开口 19b，并设置在远离轴且靠近鼓13 的内周边的位置上。
另外，在系统中使用的细胞培养管18具有上述的结构。
有益效果
根据本发明，不论管的位置如何，培养基都以恒量引入到管中， 以便实现遍及管的均匀细胞培养。另外，由于内部通道相对于其轴线 成一角度倾斜，所以细胞培养管设计成向其输入和从中排出恒量的培 养基，且在其开口上方不会由于表面张力而形成液滴。
图1是示意图，示出大量细胞培养系统；图2是示意图，示出传统的管束； 图3是传统细胞培养管的透视图； 图4是概念图，示出传统细胞培养管的问题； 图5是概念图，示出本发明的管束，该图是对传统细胞培养管的 问题的解决方案；及
图6是示意图，示出图5的细胞培养管中形成的内部通道的斜度。 附图标记说明
10辊式多管细胞培养设备
13鼓或管束
14圆柱形壳体
18培养管
19开口
20驱动装置
30培养基储罐
40收获储罐
50氧和pH传感器
60培养基输送泵
具体实施例方式
本发明的优选实施例参照附图能最佳理解，其中，在全部各不相 同的图中采用相同的附图标记，以表示相同或类似元件。
图1示出本发明的大量细胞培养系统的结构，该大量细胞培养系
统结构包括辊式多管细胞培养设备IO，其中装有一个或多个细胞培 养管束13;驱动装置20，其用于旋转管束13;培养基储罐，用于储 存将要供给到辊式多管细胞培养设备10中的新的培养基；及收获储罐 40，其用于储存在培养管束13中生长的培养产品。
在辊式多管细胞培养设备10中，形成进氧口 11，其用于从中 穿过将氧引入到管束13中；和出气口 17，其用于从中穿过将空气从 管束13排出。此外，辊式多管细胞培养设备10还设有培养基进口15，经过该进口将培养基引入到管束13中；和培养物出口 16，经过 该出口将培养物排出管束13。
驱动装置20,例如马达转动中心转轴21，使得管束13与轴一道转动。
另外，安装培养基输送泵60，以将细胞培养基从培养基储罐30 供给到管束13，并且输送泵61起到将培养产品输送到收获储罐的作 用。细胞培养系统还具有多个传感器50，用于在细胞培养过程中检测 壳体14内的pH和溶解氧的水平，同时为传感器设置了循环泵51。
当培养基用培养基输送泵60从培养基储罐30通过培养基进口 15 供给到设备内时，其进给速率由液位控制器12控制，以便自动地将壳 体14内的细胞培养基保持在所需水平。设置收获出口 16，以在细胞 培养过程结束之后从中穿过将培养产品从壳体14排到收获储罐40中。 氧和pH传感器50起到监测培养物的pH和溶解氧水平的作用，培养 物的样本由循环泵51输送到传感器，从而指示培养细胞的状态。在细 胞培养系统的细胞培养过程中，加湿和消毒的空气在壳体内产生的气 体从壳体内通过出气口 17平稳地排出同时通过进氧口 ll持续地供给 到壳体14中，以便提供细胞的有氧环境，从而保持细胞的目标氧水平。 当壳体内的细胞培养管以1/3-1/4 rpm的速度绕中心转轴21旋转时，， 细胞培养管则逐渐地与壳体内的培养基接触。培养基因而被引入到细 胞培养管中，并使细胞能附着到管的内表面上且在管内生长。在培养 管内的细胞通过培养基的养分的代谢而生长。在壳体内围绕转轴设置 细胞培养管，该细胞培养管具有在其端壁上形成的偏心开口，使得管 的开口在壳体的径向方向上向外定位。因此，当管旋转时，壳体中所 装的培养基经过开口平稳地流入或流出管。当细胞悬液被引入到细胞 培养管束中时，细胞完全附着到管的内表面上通常用24-72小时。当 细胞完全附着到管的内表面上时，管内的细胞培养基被分布到细胞上， 并随着新培养基而变化。至于培养基交换，要考虑到养分，比如葡萄 糖、乳酸、氨等的浓度、和pH值来设定其间隔时间，以便提供细胞 的最大生产。壳体内的细胞培养基在液位控制器的控制下与新培养基
8自动地交换。系统的细胞培养过程通过将包括氧和二氧化碳的加湿和
消毒的气体喷入壳体中以调节培养物的pH和被溶解的氧的程度来进 行。因此，本发明的大量细胞培养系统自动地进行所需细胞培养和分 析。
本发明的大量细胞培养系统能以批量型式、连续批量型式或连续 型式培养细胞，其中，培养基被分配到培养管中，并且其中，预定量 的培养基连续地与新的培养基交换。由于具有这种结构，即结构中每 个培养管内空气通过培养基表面进行交换，所以本发明的培养系统与 传统的培养系统相比提供大的空气接触面，致使细胞不在气泡应力或 剪应力下，不像传统生物反应器那样。在与空气接触的细胞表面上， 进行空气到细胞中的有效输送，从而保证活性糖酵解。在缺氧条件下， 用作能源的葡萄糖被分解成乳酸而降低培养基的pH，这又导致对细 胞的损害。另一方面，在存在大量被溶解的氧的情况下，细胞通过TCA 循环(三羧酸循环)可得到大量的能量，且没有降低pH。另外，由 于葡萄糖，即能源在与细胞直接接触的表面上迅速耗尽，所以细胞势 必选择TCA循环，以便有效地使用碳源。然而，当这些条件持续很 长时间时，细胞本身在受力状态下。如果以使细胞表面与培养基接触 的方式将细胞放入培养基中、或者提供有新培养基，细胞则可恢复到 正常状态。这种原理是辊式瓶操作的基础，这是目前用来培养附着细 胞最流行的系统之一。除采用该原理之外，本发明的辊式多管细胞培 养设备已经改进了空气供给和pH控制，仅要求非常小的培养空间， 并以自动操作方式培养细胞。因此，本发明的培养系统克服了困扰传 统辊式瓶的问题，也就是不能自动操作和空气交换与pH控制不良的 问题。
关于这种大量细胞培养系统的信息，可以参考由本发明人提交的 韩国专利申请No.2001-0027831 。本发明的技术精髓集中在细胞培养管 18和管18在管束13中的分布上，这在下面详细描述。
参照图5，细胞培养管18在管束13内径向方向上围绕转轴21排 列(见图1)。在本发明的实施例的管束13中，具有椭圆形开口 19a的管18a设置在转轴21附近，而具有半椭圆形开口 19b的管18b排 列在远离轴并靠近壳体的内周边的位置上。因此，培养基在整个管18a 和18b中均匀分布。
在图5中，部分地示意示出管束13，以描述管18a和18b离转轴 21的相对位置。在图5中，点划线表示在管束13中储存的培养基的 恒液位。如图5中看到的那样，不论管18a和18b的位置如何，培养 基都以恒量引入到管18a和18b中。因此，使恒量的培养基得以流入 管束13的每个管18中，以便实现遍及管的均勾细胞培养。
对于现有技术中遇到的问题的解决方案不限于椭圆形开口 19a或 半椭圓形开口 19b。适合于本发明的半椭圆形开口的示例包括长半椭 圆形开口和短半椭圆形开口 。只要其表面面积不超过管18的横截面面
积的50%,开口可以具有任何椭圆或半椭圆形状。
任何结构均包括在本发明的精神范围内，不管引入到组装许多管 18的管束13中的培养基的液位如何，只要它使恒量的培养基能流入 管18的每一个中。本发明的技术特征还存于管中形成的开口的角度和 形状中，当管束13围绕转轴21转动时，这些开口设计成将恒量的培 养基引入到每个管18中。
参照图6，对管18的结构给出详细描述。
本发明实施例的细胞培养管18可以采取杆的形式，并在相对端壁 上具有两个相应偏心开口 19,这两个相应偏心开口 19通过内部通道 彼此连通。因此，培养基通过开口能流入和流出内部通道。
管18可以具有圓形、椭圆形、多边形、或其它类似形状的横截面。 在管束13中组装的培养管的数量可以根据其横截面形状来确定。
为了解决现有技术中遇到的问题，如出现表面张力，使培养基不 能自由地运动通过开口，由此在开口 2上方形成液滴，本发明的管18 则#皮形成以具有从一个开口到另 一开口延伸的内部通道，并且该内部 通道在管被置于地面上时与水平线成预定角度倾斜。
如图6中所示，两个开口中的一个19，位于与端壁的边缘侧部接 触的位置上，而另一个19形成为使其周边与管18的边缘侧部间隔开。在图6中，附图标记19表示从中将细胞培养基引入到培养管中的"进 口"，而附图标记19，表示"出口"，通过该出口将细胞培养基从培养 管排出，并且反之亦然。在任一种情况下，在进口与出口之间都形成 恒定斜度。在这方面，管以这种方式形成，使得管的内部厚度沿着内 部通道以恒速率变化，由此形成斜面，该斜面与底线形成预定角度。 如图6中所示，在开口 19与19，之间延伸的通道的下侧具有与管18 的底线成一定角度的恒定斜度，以使培养基沿着通道通过开口更自由 地流动。
根据传统技术，管束具有管倾斜(0至5度)的管排列。然而， 实际上难以按相同斜度定向多个管。这个问题可由管18克服，该管 18按照本发明的实施例设有内部斜度。优选地，管18的内部斜度范 围为1至5度，但不限于此。根据设计者的用途可以形成各种斜度。
另外，在相对端壁侧部形成的开口 19和19，中的每一个尺寸优选 地是管的横截面面积的1%至70%。例如，当开口 19和19，是小的时 候，培养基以少的量引入到管中。另一方面，当开口19和19，大的时 候，培养基以大的量引入到管中。因此，开口的尺寸必须考虑将要培 养的细胞的类型和数量来确定。
权利要求
1.一种细胞培养管(18)，其在相对端壁上具有两个相应的偏心开口，这两个相应的偏心开口通过形成在细胞培养管(18)中的内部直通道彼此连通，所述内部直通道与细胞培养管的纵轴线成一角度倾斜，以使培养基能通过所述开口平稳地流入和流出所述内部通道。
2. 根据权利要求1所述的细胞培养管，其中，内部直通道以l-5 度的角度倾斜。
3. 根据权利要求1所述的细胞培养管，其中，两个开口中的一个 位于与端壁的边缘侧部接触的位置上，而其剩余的一个形成为使得其 周边与管(18)的边缘侧部间隔开。
4. 根据权利要求l所述的细胞培养管，其中，细胞培养管(18) 具有从包括圆形、椭圆形、及多边形的组中选择的横截面。
5. 根据权利要求1所述的细胞培养管，其中，形成在相对端壁侧 部中的开口中的每一个具有与管的4黄截面面积1%至70%—样大的尺 寸。
6. —种辊式多管细胞培养设备，其包括圆柱形壳体(14),其用于容纳至少一个鼓(13)， 一束细胞培养 管(18)布置在该鼓(13)中，该鼓围绕壳体的轴(21)可转动，所 述细胞培养管(18)具有形成在其相应端壁中的两个椭圆形或半椭圆 形开口 (19);驱动装置(20)，其用于转动鼓(13);培养基储罐(30),其用于储存将要供给到鼓(13)中的新的培养 基；及收获储罐(40)，其用于储存在鼓(13)中生长的培养产品， 其中，细胞培养管(18a)中的每一个在其相应端壁处具有两个椭 圆形开口 (19a)，并定位在轴(21)附近，细胞培养管(18b)中的每 一个在其相应端壁上具有两个半椭圆形开口 (19b),并设置在远离轴且靠近鼓(13)的内周边的位置。
7. 根据权利要求6所述的辊式多管细胞培养设备，其中，细胞培 养管(18)中的每一个在相对端壁处具有两个相应的偏心开口，这两 个相应的偏心开口通过在细胞培养管(18)中形成的内部直通道彼此 连通，所述内部直通道相对于细胞培养管的纵轴线成一角度倾斜，以 使培养基能通过所述开口平稳地流入和流出所述内部通道。
8. 根据权利要求7所述的辊式多管细胞培养设备，其中，两个开 口中的一个位于与细胞培养管(18)的端壁的边缘侧部接触的位置上， 而其剩余的一个形成为使得其周边与细胞培养管(18)的边缘侧部间 隔开。
9. 根据权利要求7所述的辊式多管细胞培养设备，其中，内部直 通道以l-5度的角度倾斜。
10. 根据权利要求7所述的辊式多管细胞培养设备，其中，细胞 培养管18具有从包括圆形、椭圆形、及多边形的组中选择的横截面。
11. 根据权利要求7所述的辊式多管细胞培养设备，其中，在相 对端壁側部形成的开口中的每一个具有与所述管的横截面面积的1% 至70%—样大的尺寸。
全文摘要
公开一种细胞培养管，该细胞培养管在相对端壁上具有两个相应偏心开口，这两个相应偏心开口通过在细胞培养管中形成的内部直通道彼此连通，在该细胞培养管中，内部直通道相对于细胞培养管的纵轴成一定角度倾斜，以使培养基能通过开口平稳地流入和流出内部通道。此外，还提供一种使用多个培养管的多细胞培养系统。
文档编号C12M1/00GK101679931SQ200880018539
公开日2010年3月24日 申请日期2008年4月10日 优先权日2007年4月20日
发明者崔美兰, 梁在明, 申星浩, 禹正奎, 郑在畯, 金倞淑 申请人:克斯泰姆有限公司