一次性瓶式反应罐的制作方法
【专利说明】一次性瓶式反应罐
[0001] 本发明涉及一种设计为具有盖子和/或固定在内部的可光电式读取的传感器贴 片（sensor patch)的一次性元件的反应罐；涉及一种包括所述反应罐和反应罐接收外围 设备的反应器，所述反应罐接收外围设备包括反应罐夹具和任选的用于读取所述传感器贴 片的光电测量系统，其中所述反应罐夹具与用于使所述反应罐产生绕其中心垂直轴的旋转 振荡运动的驱动单元相连；以及还涉及该设备用于培养细胞和/或微生物的用途。
[0002] 在高度管制的药品生产的情况下，提供清洁和无菌的生物反应器需要在时间、技 术和人员上的巨大支出。为了在多用途装置中或者在两个产品批次之间的产品变更期间可 靠地避免交叉污染，除了清洁之外，需要高度复杂的清洁确认（cleaning validation)，该 清洁确认在过程适应（process adaption)的情况下可能需要重复。
[0003] 这不仅适用于上游加工（USP)，即在发酵罐中制备生物产品，还适用于下游加工 (DSP)，即发酵产品的纯化。
[0004] 在USP和DSP中，通常将压力容器用作搅拌和反应体系。尤其在发酵情况下，无菌 环境对成功培养是必不可少的。对于分批发酵罐或补料分批发酵罐的灭菌，通常使用现场 蒸汽（SIP)技术。在连续法过程中，为了确保足够长期的无菌，还使用高压灭菌技术，但是， 该技术需要费力地将反应器运输至高压灭菌器，并且仅可用于相对小的反应器规模中。在 发酵期间的污染风险在取样过程中和在运动的搅拌轴处尤为重要。在运动的搅拌轴处通常 配备有复杂的密封系统（例如滑环密封件）。在没有发酵套的这种穿过情况下就能成功的 技术因其较高的工艺稳定性（process robustness)而优选。
[0005] 由制备过程导致的标准反应器的停机时间可以在反应器可用性的数量级内，特别 是在短的使用周期和频繁的产品变更的情况下。受影响的方法步骤为，在生物技术生产的 USP中，例如培养基生产步骤和发酵步骤；以及在DSP中，增溶、冷冻、解冻、pH调节、沉淀、结 晶、缓冲液更换和病毒灭活。
[0006] 为了满足生产装置快速灵活地重新装料的要求，在确保最大清洁度和无菌的同 时，一次性反应器的设计正得到市场上持续增加的关注。
[0007] WO 2007/121958A1和WO 2010/127689记载了这种用于培养细胞和微生物的一次 性反应器。在一个优选实施方案中，该一次性反应器由稳定的、优选多层的聚合体材料制 成。可变形的一次性反应器由支撑它的容器所接纳。在该方法中，优选将所述可变形的一 次性反应器自前面引入容器中。容器与驱动单元连接。通过驱动单元，将包括一次性反应 器的容器置于绕容器固定的、优选垂直的轴线的旋转振荡运动中。通过一次性反应器的方 形设计和/或一次性反应器的内构件，在振荡旋转运动的情况下，可以实现向反应器内容 物的高功率输入，所以该一次性反应器可用作带有表面气体处理的发酵罐以用于培养细胞 和微生物。用于供给和监控反应器的内构件通过连接板安装在反应器底部的侧面上。这些 反应器主要在反应器体积大于10L时使用。
[0008] 对于更小的反应器体积，包括合适容器的反应袋的生产过于复杂。
[0009] 小的一次性反应器的挑战在于以尽可能紧凑且廉价的形式实现传感器技术、混合 技术、温度控制和反应器的供给。
[0010] 小的搅拌式一次性反应器从现有技术中已知。
[0011] 赛多利斯斯泰迪公司（Sartorius Stedim Biotech)在其 Universel? SU(http://www. sartorius-stedim. com/Biotechnology/Fermentation_Technologies/ ReusabIe_Bioreactors/Data_Sheets/Data_UniVessel_SU_SBI2033_e. pdf)中提供了 一种 反应罐为圆柱形的搅拌式一次性反应器。该一次性反应器具有一个用于混合的搅拌器，并 且在搅拌器下面具有一个用于从下面供给气体的L-分布器。通过盖子，通过顶部驱动的传 动轴确保搅拌器驱动，通过导管确保传感器技术（温度、PH(化学）、氧（化学））、气体空间 的气体供给和气体排出、以及其它供给和取样。所述盖子通过夹具连接件紧固在反应罐上， 并通过0型环以无菌的方式对反应罐进行密封。搅拌器驱动使用2个唇式密封件密封。用 于监控pH和氧含量的传感器技术还可通过位于反应罐底部的光电传感器贴片而实现。为 了进行操作，将反应罐固定于特定的容器中，其中该容器具有支环和支座，所述支座带有用 于读取传感器贴片的光电传感器系统。
[0012] 市售可得的这种反应器体系和/或类似的反应器体系的缺点在于这些搅拌体系 需要活动的内构件，并且在盖子中还需要复杂的无菌密封体系，从高剪切力来看，所述反应 器体系不太适合培养非常敏感的细胞，例如干细胞。
[0013] 从现有技术出发，所述目的是提供一种用于进行具有高清洁度和无菌要求的方法 的低剪切系统，所述系统能够降低在提供清洁且无菌组件上的时间、设备和人员方面的支 出。该系统应当可用于加工体积为IOmL至20L、尤其是50mL至10L，且特别优选250mL至 3L的工作体积。所述系统应当满足制药工业的高要求，简单且直观地操作，并且应当廉价。 所述系统应当将因物质从处理腔室中的逸出而造成的安全风险降至最低。所述系统应当允 许反应器内容物的充分混合，应当适合培养微生物和细胞培养物，并且在过程中，应当确保 用液体营养培养基（liquid nutrient medium)对培养基（culture medium)进行充分的供 给和特别是气态物质的清除。所述系统应当就像适合工艺开发一样适合生产细胞产品或药 物活性成分，所述细胞产品特别是例如人体或动物体细胞的细胞产品：干细胞、血细胞、白 细胞如天然杀伤细胞（NK细胞）、组织细胞，所述药物活性成分如单克隆抗体、蛋白质、生物 反应器中的酶。
[0014] 根据本发明，该目的通过使用用于界定反应器内部的尺寸稳定的有角塑料瓶而实 现，其中所述塑料瓶具有底、壁、内部和至少一个通向内部的通路（access)，并且优选具有 一个锥形内凹底、宽颈，和/或在由坐标定义的位点处具有一个或多个安装在瓶子下部区 域的传感器贴片。
[0015] 因此，本发明首先涉及尺寸稳定的有角塑料瓶作为生物反应罐用于培养细胞、尤 其是敏感细胞和生长在（微）载体上的细胞（例如干细胞、血细胞或组织细胞）的用途，其 中，所述塑料瓶具有底、壁、内部和至少一个可封闭的通向内部的通路，特别是瓶颈。通常， 在塑料瓶的内部，在由坐标定义的位点处在一个或多个下部区域的壁上安装有一个或多个 传感器贴片。
[0016] 本发明还涉及一种包括尺寸稳定的有角塑料瓶的反应罐，所述塑料瓶具有底、壁、 内部和至少一个可封闭的通向内部的通路（包括至少一个瓶颈，尤其是可由盖子封闭的瓶 颈和/或至少一个通道（passage))，并且其中在内部，在由坐标定义的位点处在塑料瓶的 一个或多个下部区域的壁上安装有一个或多个传感器贴片。优选地，通道容纳在盖中。
[0017] 由荧光着色层制成的支撑固定的传感器贴片为市售可得的（例如购自Presens， YSI)，其可以固定到例如瓶壁上。通常，使用至少一个pH传感器贴片和一个氧传感器贴片。
[0018] 或者，例如根据US 20120067724A1，反应罐或生物反应器在瓶壁上或者在盖中 (优选在盖中）具有用于电化学传感器、优选一次性传感器的通道。
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