一种用于细胞培养和细胞分选的培养容器的制作方法

本发明属于医疗和实验室设备技术领域，涉及一种与细胞培养相关的新型细胞培养容器。

背景技术：

现代生物制药技术快速发展，采用动物细胞大规模培养生产抗体药物、基因工程药物、人用以及兽用疫苗等生物制品日益增长。尤其是近年来，在医药品的生产、基因治疗、再生医疗、免疫细胞疗法等领域中，要求在人工环境下高效地大量培养细胞和组织、微生物等。通过动物细胞体外培养表达和生产各类诊断和治疗用单克隆抗体、疫苗、生长因子等生物活性蛋白质具有十分广泛的市场应用前景。这些生物制品生产的核心技术之一—动物细胞大规模培养技术也在快速发展。因此，用来大规模高密度培养动物细胞的生物反应器就成了生物技术制药产业中最重要的装备。它很大程度上决定了生物技术制药企业的产品成本，生产规模和产品种类。

细胞培养容器作为生物反应器中培养细胞的承载体，根据不同的生物反应器的工作原理和细胞培养流程，其结构性能也在不断的改进与优化。通常用于细胞培养的培养皿和烧瓶这样的细胞培养容器，并不适合大范围、规模化的培养细胞以及批量生产。因此，现今市面上广泛采用细胞工厂、细胞培养袋和细胞培养罐来进行大批量的细胞培养。

如US2011020923A1专利中公开的采用多层细胞培养容器，其主要是采用多层结构堆叠形成多个空腔，且内部有通道相互通联，可实现多个空腔内大面积的细胞培养。由于其结构复杂，制造工艺繁杂从而造成该培养容器制造成本高。且在细胞培养操作过程中，需要手工去翻转，并在移动过程中需要时刻保持水平，防止出现每层空腔内的培养液不均匀现象。并且由于其内部是多层空间，贴壁细胞不好收货。在需要重复使用以降低细胞培养成本时，细胞残留物不好清洗，不能采用高压消毒灭菌，需要通过钴60照射之后再利用，从而增加使用成本。

如CN201620541468.6专利说明的细胞培养袋，在使用细胞培养袋大规模培养细胞过程中，由于培养袋是封闭系统，因此具有能够降低在培养期间的细菌和病毒的污染风险这样的优点。但是在液体的转移方面主要依靠细长的管道，效率低下，在使用过程中，由于是软质袋，在生物安全柜内不能直立，操作不方便。而且在细胞培养完毕后取出内容物时，是将培养袋吊起，通过重力而取出内容物，所以相当费时间，效率低。即使要暂时对培养袋内加载内压而取出内容物，袋自身会膨胀，取出也很困难。

细胞培养罐主要应用于超大体积的细胞培养。细胞培养罐有多种类型，目前市场上主要使用的是灌流式细胞培养罐和搅拌式细胞培养罐。灌流式细胞培养罐需要特殊的细胞截留装置，成本高，且操作复杂，难以工业化应用。还需对现有细胞培养罐进行改进。搅拌式细胞培养罐采用插入罐体内的机械搅拌方式促进液体的流动，工作中搅拌装置结构及其润滑物质经常带来的微生物污染的问题，搅拌润滑带入杂菌的情况发生率高，一旦杂菌污染，就会造成细胞死亡。为提高溶氧水平，通常都是采用液面下鼓气来实现，但不论是用混合气体或者是利用纯氧气都有其负作用，由于气泡在液体表面破裂其爆炸力可以损伤动物细胞，而纯氧量太大也可致使细胞中毒，另外在中、小体积培养时，由于传统搅拌罐的不锈钢罐体和管路，使反应器不能移动，环境要求高，加热和灭菌必须使用高压蒸汽，这就需要蒸汽源等特殊条件，从而使得反应器的通用性和方便性受到了很大的限制。

以上所列举的社会上广泛应用的各种细胞培养容器，在结构和性能上都存在一些缺陷和局限性，不能高效率、大规模、多样性的实现各种类型细胞的培养，从而影响细胞生物技术在社会上规模化的广泛应用。

技术实现要素：

本发明公开了一种新型的细胞培养容器，可高效率、大规模、多样性的实现各种类型细胞的培养。

本发明所涉及的一种新型的细胞培养容器，包括：容器框、保护膜、端盖和压框等部件组成。所述的容器框两侧面可设置有多个端口，通过压框将保护膜压制在容器框上下两端面上，再将端盖拧合在容器框的端口上，使整个框体内部形成一个密闭的空腔。其特征在于，主要是通过容器框容纳培养液、附载体、细胞等细胞培养要素，同时通过保护膜进行容器框内外的气体渗入渗出的交换，以此提供细胞生长的微环境。也可通过端口与外部仪器设备连接，以实现在细胞培养时培养液的持续灌注以及实现细胞的收获。

一种用于培养细胞和细胞分选的容器，包括容器框、保护膜、端盖和压框，所述容器框为上下敞口，具有一定高度的框体，框体的侧壁上设有端口，所述端口用于外接各种输送管路，端口配置有端盖；所述压框将保护膜固定并覆盖在容器框上、下端面上，使容器框上、下端面密封从而形成可容纳液体的容器，所述的保护膜是透气的膜。

以上所述的容器框与压框的装配，可采用结构压合方式密封，如倒扣、卡扣、过盈配合等方式，也可采用机械连接方式密封，如螺钉螺母、销钉、杠杆等方式，或采用胶水胶合方式、超声波焊接方式、热熔接方式等，或采用保护膜与容器框、压框一体注塑成型等方式。

以上所述的容器的形状可以是长方体、正方体、圆柱体、椭圆柱体、三角形体及各种多边形立体等结构形式。

以上所述的容器是由保护膜通过压框压合在容器框上，并通过端盖密封住容器框上的各个接口，从而形成一个密闭的细胞培养空间。以此保证容器内的细胞不会与外在的空气和有毒物质接触，使其拥有一个相对良好的无菌生长环境，以免引起污染，造成细胞的死亡。

以上所述的容器在密封后内部承受的压力值为：-0.1Mpa～+0.1Mpa。

以上所述的容器内部体积为0～20L。

以上所述的保护膜可由聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、硝酸纤维、聚氨酯等塑性材质制成的膜构成。

以上所述的保护膜可采用透明或半透明膜，便于对培养容器内的培养液进行光电检测。

以上所述的保护膜的厚度不超过10毫米，最优的厚度选择为：0.001～1毫米之间。

以上所述的保护膜在细胞培养过程中，需要内部的培养液不渗漏的同时保证氧气和二氧化碳等气体可渗透到容器中，这样对气体要求较高的细胞或组织可以更容易培养。保护膜的透气参数为：氧气透气率不小于1cm³/m².24h.atm，二氧化碳透气率不小于1cm³/m².24h.atm，氮气透气率不小于1cm³/m².24h.atm，水蒸气透气率不大于1000g/m².24h.atm；更优的条件为氧气透气率不小于10cm³/m².24h.atm，二氧化碳透气率不小于10cm³/m².24h.atm，氮气透气率不小于10cm³/m².24h.atm，水蒸气透气率不大于100g/m².24h.atm。

以上所述的容器框在内壁转角处设计成带有圆弧平滑过渡的形状，减小容器框结构自身存在的死角，降低由于容器框结构缺陷对细胞的损害。

以上所述的容器框上的端口可以设置为有供培养液灌入、导出以及细胞和载体进出的管路接口。接口规格可采用标准鲁尔接口形式，也可采用圆锥形、圆柱形接口对接，或采用螺纹对接，或采用旋转锁扣等方式。

以上所述的容器框上的管路接口内可设置有过滤细胞的滤膜或滤网或滤芯。

以上所述的端盖与容器框装配后，端盖顶端与容器框的内壁面平齐，减少容器内部表面的凸起。减少细胞凸起部位在生长、增殖的几率。

以上所述的保护膜可以采用密封圈与压框结合后压合在容器框上。

以上所述的密封圈可以采用单体零件嵌入在压框内，也可以采用密封圈与压框合成加工为一体。

以上所述的密封圈主要是由硅胶、橡胶、聚四氟乙烯、石墨、玻璃纤维或碳纤维等材料制作成型。

以上所述的容器框可以在内壁表面采用疏水处理，防止在内壁表面上附着气泡。

以上所述的容器框由于需要增殖细胞及加入各种添加剂、生长因子等物质，需要保证内壁光滑，采用无毒性、适合细胞生长并具有生物相容性的材料制成。可以采用聚苯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、PBS树脂、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、硝酸纤维、聚氨酯等塑料材质，也可以采用玻璃、陶瓷等非金属材质，也可采用不锈钢等金属或者合金金属材质。

以上所述的端盖主要是由聚苯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、PBS树脂、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、硝酸纤维、聚氨酯等塑料材质制成，也可以采用玻璃、陶瓷等非金属材质，也可采用不锈钢等金属或者合金金属材质。

以上所述的压框主要是由聚苯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、PBS树脂、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、硝酸纤维、聚氨酯等塑料材质制成，也可以采用玻璃、陶瓷等非金属材质，也可采用不锈钢等金属或者合金金属材质。

以上所述的容器在其内部置入的载体并培养细胞时，其内部型腔的尺寸值应满足L>2x，其中x为载体的任意径长(如圆形珠子的直径，椭圆型珠子的最长径或最短径)，L为培养容器内部型腔中最短的两个边长中任意一个长度，在型腔的边长尺寸能满足装入多个载体时，其尺寸值范围应满足以下公式：(1/2x+nx)>L>nx；最佳的尺寸值范围为：(1/3x+nx)>L>(1/10x+nx)。n为载体的个数。

相对于市场上现有的培养容器，本发明有以下一些优点：

①、本发明结构简单，加工方便，生产工艺简便，成本低，可以实现规模化、大批量的生产制造。

②、本发明可以通过覆盖在两个端面上透气保护膜来实现培养细胞所需的气体物质养分的交换，无需通过管道注入。

③、本发明由于加工及生产制造成本低，采用一次性使用方式培养细胞，无需重复多次使用，从而避免产生残留污染、清洗不便以及灭菌的问题。

④、本发明可以通过容器框上的端口连接，从小体积细胞培养容器到大体积细胞培养容器之间的转换，实现细胞培养的分级放大。

⑤、本发明可以通过在容器框上的端口加入可导磁的附载体来同步实现悬浮细胞和贴壁细胞的同环境下培养，并通过不同的端口和细胞收获技术来实现细胞的分选。

⑥、本发明可以通过加载在生物反应器上来实现静置、动态摇摆、动态翻转或静置与动态的组合等方式来培养细胞。

本发明通过结构上、原理上的改进极大的提高了培养容器的生产制造成本，改进了细胞培养的难度，可以方便快捷的实现各类型细胞的增殖和细胞的多重培养，并可以简便的实现细胞的分选。

附图说明

图1是本发明细胞培养容器立体结构示意图。

图2是本发明细胞培养容器分解结构示意图。

图3是本发明细胞培养容器上C-C截面结构示意图。

图4是本发明容器框立体结构示意图。

图5是本发明压框立体结构示意图。

图6是本发明细胞培养容器上A-A截面结构示意图。

图7是本发明容器框上B-B截面结构示意图。

图8是本发明端盖立体结构示意图。

图9是本发明容器框上鲁尔端口立体结构示意图。

主要包括：压框1、密封圈2、保护膜3、容器框4、端盖5和封盖6等部件组成。实施例中的容器框4两侧面可设置有多个端口，将密封圈2嵌入在附图5中压框1上的沟槽1-3内，再通过压框1上的卡齿结构1-2和附图4中的容器框4上的卡齿结构4-2相互卡合在一起，将保护膜3压合密封在容器框4上下两端面的突棱4-5上，如附图3截面C-C中所示卡合后的结构20，再把端盖5拧合在容器框4的端口上，使整个框体内部形成一个密闭的空腔10。最后将封盖6扣在容器框侧面四周的卡槽内，遮住卡合后的卡齿结构20。

具体实施方式

在下文中将参考以上的附图详细描述本发明的实施例，参考这些附图，其中在整个视图中，相似的参考特性指定为类似的或相应的部件。在本发明中的实施例中，哪些判断为能够令本发明的主旨造成不必要的模糊的公知性能和结构的详细描述被忽略掉。

如附图1所示的立体结构示意图和附图2所示的分解结构示意图所述的一种新型的细胞培养容器100的实施例，主要包括：压框1、密封圈2、保护膜3、容器框4、端盖5和封盖6等部件组成。实施例中的容器框4两侧面可设置有多个端口，将密封圈2嵌入在附图5中压框1上的沟槽1-3内，再通过压框1上的卡齿结构1-2和附图4中的容器框4上的卡齿结构4-2相互卡合在一起，将保护膜3压合密封在附图7所示的容器框4上下两端面的突棱4-5上，如附图3截面C-C中所示卡合后的结构20，再把端盖5拧合在容器框4的端口上，使整个框体内部形成一个密闭的空腔10。最后将封盖6扣在容器框侧面四周的卡槽内，遮住卡合后的卡齿结构20。

本实施例中上述的主要结构件，如附图2中的容器框4、端盖5以及保护膜3等形成一空腔10是直接存储培养液、细胞以及各种培养细胞的养分等物质，需要具有相容性、无毒性的材料合成，本实施例中的容器框4和端盖5优先采用的聚苯乙烯或聚碳酸酯或聚四氟乙烯等热塑性材料注塑成型，透气膜3采用的是由聚苯乙烯或聚碳酸酯或聚四氟乙烯等热塑性材料成型。压框1、封盖6由于不与培养液以及细胞接触，可以采用聚碳酸酯、聚丙烯、PBS树脂、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、硝酸纤维、聚氨酯等材料注塑成型。

细胞培养容器100中的压框1将保护膜3压合在容器框4端面上的装配处结构20，可采用任何现有可以利用的已知的技术，如采用结构压合方式密封，如倒扣、卡扣、过盈配合等方式，也可采用机械连接方式密封，如螺钉螺母、销钉、杠杆等方式，或采用胶水胶合方式、超声波焊接方式、热熔接方式等，或采用保护膜3与容器框4、压框1一体注塑成型等方式。从而保证细胞培养容器100在外部端口4-1和4-3处密封后其内部空间10的密封性，并在装入液体后不渗漏、不泄漏，且能承受不大于0.1Mpa的正负压力。

在用压框1将保护膜3压合在容器框4上的结构处，本实施例采用在附图5中所示的压框1上设置有支撑透气膜3的加强筋，本实施例采用规则的横条、竖条网状结构，如1-1所示，也可以设计成圆形网状结构、方形网状结构、菱形网状结构、椭圆形网状结构或多种组合形成的网状结构等多种方式。

在附图4中所示的容器框4上，本实施例在两侧面边上的位置各设置一个端口，如4-1和4-3所示，使其可以通过医用硅胶管或者针管或其他设备往成品后的细胞培养容器100内的空间10内注入培养液或细胞或细胞因子或其他一些培养细胞所需的营养物质。端口的结合形式可以采用螺纹旋接方式、鲁尔接头形式、宝塔状结构或圆锥形柱塞结构形式等，保证结合后的密封性。本实施例中的容器框4上端口4-1为螺纹结构形式，如4-9所示。端口4-3为宝塔状结构形式。其可以简单快速的套接在医用硅胶管上，连接到其他设备仪器上。其主要是通过端口4-3上的塔沿4-6的过盈卡住硅胶管密封。

为了使得容器框4内壁的表面4-10具有亲水性，防止出现有气泡附着，容器框4的内壁表面4-10可以采用等离子处理，也可采用其他如滚涂、喷涂或者浸渍等方式在表面附着疏水材料，使其具有亲水性能。

如附图7中所示的B-B截面图中端口4-3内部的通道4-7为圆柱形管道，也可设计成锥形。本实施例为了便于细胞培养容器100空间内的液体或者气体便于导出在容器框4上的内壁空间一导出端口处设计有内凹的弧形槽口4-8，使其具有更大面积的导向功能。并可以在4-8处设计有一细胞过滤膜，可以保证在培养液排出时，将细胞过滤保存下来。

如附图8中所示的端盖5上采用的螺纹结构5-2，也可设计成鲁尔接头形式、宝塔状结构或圆锥形柱塞结构形式。

如附图6中截面A-A处所示的端盖5与容器框4采用螺纹结构锁紧，如4-9和5-2的锁紧状态，并通过端盖5上的圆柱面5-1和容器框4上的孔面4-4之间的过盈配合实现密闭。

如附图9中的容器框9上所示，端口9-1和9-2都采用鲁尔接口形式成型，以便对接各种医疗器械和设备上的接口。

以上所述的细胞培养容器的实施例，是为了对本发明的进一步说明，不应理解为完全覆盖本发明所包括的内容。并且不用于限制所有容器结构件的材料的种类，以及在对于本实施例中所定义的所基本参数的限制。