一种循环扰流气升式细胞悬浮培养瓶的制作方法

本发明属于生物细胞培养技术领域，特别是涉及一种循环扰流气升式细胞悬浮培养瓶。

背景技术：

细胞培养是指在体外模拟体内环境，使之生存、生长、繁殖并维持主要结构和功能的一种方法。细胞培养分为悬浮培养和贴壁培养。植物细胞一般采用悬浮培养，将游离的单细胞或细胞团按照一定的细胞密度悬浮在液体培养基中，用摇床或转床进行培养。

细胞培养瓶可在有限的人力、物力、空间的条件下，获得大量的实验数据。此外，摇瓶实验结果提供了细胞基本的生长信息和培养工艺参数，为大规模细胞培养提供技术参考。因此，细胞培养瓶被广泛应用于实验室研究和工业化生产。然而传统的细胞培养瓶仍存在以下问题：

(1)细胞的生长、发育、分裂、繁殖等生命活动均需消耗大量的氧气，参与三羧酸循环过程。传统的培养瓶瓶颈小且瓶底深且大，严重阻挡了气体的流通。培养瓶在摇床上沿培养瓶中心轴线作旋转运动，流体形态呈层流状态，不利于混合和氧传递。目前，研究者们常采用降低装液系数、提高转速的方法提高氧传质系数。然而，若装液系数过低，随着培养过程的进行，培养瓶内的水分大量蒸发，导致培养基的渗透压升高，抑制细胞生长。较高的摇床转速产生高剪切力，引起细胞破损或溶解死亡；此外，长时间极限转速运转会大大缩短摇床的寿命。

(2)为了解细胞的生长代谢状态，需不定时取样测定细胞生长参数，观察细胞形态。传统的培养瓶取样是在超净工作台通过无菌操作技术完成的。整个过程需耗费大量的时间、人力和物力。此外，取样过程需打开瓶帽和通气包装纸，并且需引入枪头、移液管等取样装置，增加了染菌风险。

(3)为维持细胞高生长速率和高细胞活力，需补充大量的营养物质。传统的培养瓶无补料添加装置，营养供给不足导致后期细胞生长缓慢，甚至趋向于裂解死亡，最终影响细胞密度和产物表达量。

因此，有必要在满足细胞生长需求，特别是在满足溶氧需求的前提下，设计一种可快速取样、补料、转移的高效细胞培养瓶。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种循环扰流气升式细胞悬浮培养瓶，通过设置输氧管、氧气回流管、扰流转轮、螺旋通气管，解决了现有的细胞培养瓶氧气供给不便；摇床转速容易导致细胞死亡；以及取样、补养不方便的问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为一种循环扰流气升式细胞悬浮培养瓶，包括瓶体和瓶盖；所述瓶体为圆台形；所述瓶体的瓶口与瓶盖相匹配；所述瓶体外侧面上部设置有氧气回流管、排气管和排液管；所述氧气回流管与排液管关于瓶体中心轴线对称设置；所述排气管设置于瓶体前端；所述排气管为鹅颈状；所述瓶体的下端设置有输氧管；所述输氧管为“s”状；所述输氧管与氧气回流管位于同一侧；所述输氧管位于氧气回流管的正下方；所述输氧管与氧气回流管相连通；所述输氧管的一端与供氧装置的顶部相连接；所述输氧管的另一端伸入瓶体内；所述瓶体内部底部中间位置固定设置有主轴；所述主轴上均匀分布设置有扰流转轮；所述扰流转轮的外部设置有螺旋通气管；所述螺旋通气管的管壁均匀开设有第一通气孔；所述螺旋通气管的底端与输氧管相连通；所述螺旋通气管的顶端与氧气回流管相连通；所述输氧管上设置有第一控制阀；所述第一控制阀设置于输氧管上远离瓶体的一端；所述氧气回流管上设置有第二控制阀；所述排液管上设置有第三控制阀；所述瓶盖上设置有取样口和补料口。

进一步地，所述瓶盖与瓶口通过螺纹配合或者卡接的方式连接。

进一步地，所述瓶体、排气管、排液管、氧气回流管、主轴和螺旋通气管均为玻璃材质；所述瓶体、排气管、排液管、氧气回流管、主轴和螺旋通气管为一体结构。

进一步地，所述瓶体的外侧壁上还设置有量程刻度线和把手。

进一步地，所述扰流转轮与主轴转动连接；所述扰流转轮的个数3-5个。

进一步地，所述供氧装置的顶部设置有进液管；所述供氧装置的顶部中间位置设置有升降杆；所述升降杆的一端固定连接有催化剂容纳器。

进一步地，所述升降杆的另一端于限位杆活动连接；所述升降杆的一旁设置有竖直板；所述竖直板的顶端开设有圆形滑槽；所述限位杆的一端设置有圆形限位块；所述圆形限位块与圆形滑槽相匹配。

进一步地，所述催化剂容纳器的外侧壁为镂空设置；所述供氧装置内装有过氧化氢；所述催化剂容纳器内装的催化剂为有二氧化锰、氧化铜、硫酸铜、三氧化二铁或氯化铁。

过氧化氢与二氧化锰反应方程式为：

2h2o2＝mno2＝2h2o+o2↑

本发明具有以下有益效果：

1、本发明针对现有细胞培养过程中氧气供给不便，不利于细胞的快速繁殖生长问题，设置了供氧装置、氧气回流管、输氧管、螺旋通气管，供氧装置产生氧气，氧气经输氧管、螺旋通气管、氧气回流管再到输氧管，形成氧气供给的内循环，氧气与细胞培养瓶中的液体不断接触溶解，从而提高了培养瓶中的溶氧量。

2、本发明设置的扰流转轮、螺旋通气管，使得氧气从螺旋通气孔中逸出带动扰流转轮转动，扰流转轮转动使得细胞培养液进行晃动，防止细胞沉淀，使得细胞始终处于悬浮状态。

3、本发明针对现有细胞培养瓶取样、补料、转移不便的问题，在瓶盖上设置了取样口、补料口，在瓶体的外侧壁上设置了排液管，方便了对细胞培养液的取样、补料和转移。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种循环扰流气升式细胞悬浮培养瓶的结构示意图；

图2为本发明的另一结构示意图；

图3为本发明的螺旋通气孔与扰流转轮的结构示意图；

图4为本发明的氧气在培养瓶中内循环的示意图；

图5为本发明的供氧装置的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-瓶体，2-瓶盖，3-输氧管，4-氧气回流管，5-排液管，6-排气管，7-把手，8-主轴，9-螺旋通气管，10-扰流转轮，11-第一通气孔，12-供氧装置，13-进液管，14-升降杆，15-催化剂容纳器，16-限位杆，17-竖直板，18-圆形限位块，19-圆形滑槽，20-第一连接孔，101-瓶口，201-取样口，202-补料口，301-第一控制阀，302-进气口，401-第二控制阀，501-第三控制阀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上部”、“前端”、“一侧”、“正下方”、“一端”、“中间位置”、“外部”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1-5所示，本发明为一种循环扰流气升式细胞悬浮培养瓶，包括瓶体1和瓶盖2；瓶体1为圆台形；瓶体1的瓶口101与瓶盖2相匹配；瓶盖2与瓶口101通过螺纹配合或者卡接的方式连接；瓶体1外侧面上部设置有氧气回流管4、排气管6和排液管5；氧气回流管4与排液管5关于瓶体1中心轴线对称设置；排气管6设置于瓶体1前端；排气管6为鹅颈状；瓶体1的下端设置有输氧管3；输氧管3为“s”状；输氧管3与氧气回流管4位于同一侧；输氧管3位于氧气回流管4的正下方；输氧管3与氧气回流管4相连通；输氧管3的一端与供氧装置12的顶部相连接；供氧装置12的顶部设置有进液管13；供氧装置12的顶部中间位置设置有升降杆14；升降杆14的一端固定连接有催化剂容纳器15；升降杆14的另一端于限位杆16活动连接；升降杆14的一旁设置有竖直板17；竖直板17的顶端开设有圆形滑槽19；限位杆16的一端设置有圆形限位块18；圆形限位块18与圆形滑槽19相匹配；催化剂容纳器15的外侧壁为镂空设置；供氧装置12内装有过氧化氢；催化剂容纳器15内装的催化剂为二氧化锰、氧化铜、硫酸铜、三氧化二铁或氯化铁；输氧管3的另一端伸入瓶体1内；瓶体1内部底部中间位置固定设置有主轴8；主轴8上均匀分布设置有扰流转轮10；扰流转轮10的外部设置有螺旋通气管9；螺旋通气管9的管壁均匀开设有第一通气孔11；螺旋通气管9的底端与输氧管3相连通；螺旋通气管9的顶端与氧气回流管4相连通；输氧管3上设置有第一控制阀301；第一控制阀301设置于输氧管3上远离瓶体1的一端；氧气回流管4上设置有第二控制阀401；排液管5上设置有第三控制阀501；瓶盖2上设置有取样口201和补料口202；瓶体1、排气管6、排液管5、氧气回流管4、主轴8和螺旋通气管9均为玻璃材质；瓶体1、排气管6、排液管5、氧气回流管4、主轴8和螺旋通气管9为一体结构；瓶体1的外侧壁上还设置有量程刻度线和把手7。

本实施例的一个具体应用为：

先向培养瓶中倒入培养液和待培养细胞，盖上瓶盖2；将输氧管3与供氧装置12相连接；向供氧装置12内倒入过氧化氢溶液，将二氧化锰放入催化剂容纳器15中，将升降杆14下方，二氧化锰催化过氧化氢释放氧气；

打开第一控制阀301；关闭第二控制阀401和第三控制阀501；氧气通过输氧管3进入瓶体1，氧气通过螺旋通气管9与培养也充分接触、溶解；将升降杆14提出，将限位杆16放置在竖直板17上；二氧化锰与停止催化过氧化氢；关闭第一控制阀301；瓶中未溶解的氧气从培养液中逸出，打开第二控制阀401，氧气从氧气回流管4中回流至输氧管3，至此形成氧气与细胞培养液接触溶解的内循环；

此外，氧气从螺旋通气管9中的第一通气孔11逸出，带动扰流转轮10转动，不额外消耗能量；使得细胞始终处于悬浮状态。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。