专利名称：一种搅拌式动物细胞培养生物反应器及其密封方法
技术领域：
本发明涉及机械密封技术领域，具体涉及一种搅拌式动物细胞培养生物反应器及其密封方法。
背景技术：
生物反应器，是指以活细胞或酶为生物催化剂进行细胞增殖，或为生化反应提供适宜环境的设备，它是生物反应过程中的关键设备。从生物反应过程说，专为动物细胞大量培养用的生物反应器，称为动物细胞培养生物反应器。在动物细胞进行体外培养时，保持无污染的环境是维持细胞生存的基本条件。动物细胞培养生物反应器对体外培养环境有严格的要求，尤其在安全方面，要求具有优良的防污染性能。生物反应器可简单地分为机械搅拌式生物反应器、气升式生物反应器、中空纤维生物反应器以及抛弃式的一次性生物反应器等。其中，机械搅拌式生物反应器应用最为广泛。现有的机械搅拌式动物细胞培养生物反应器所采用的轴封方式多为端面密封的机械密封结构，即由至少一对垂直于旋转轴线的端面(动环和静环)在流体压力和补偿结构弹力(或磁力)的作用以及辅助密封的配合下，保持贴合并相对滑动而构成的防止泄漏的装置。该端面密封的机械密封结构中，主要由固定在环上的动环及弹簧压紧装置、固定在设备上的静环以及辅助密封圈组成。当转轴旋转时，动环和固定不动的静环紧密接触，并经轴上弹簧压紧力的作用，阻止密封介质(液体)从接触面泄漏。但是，端面密封的机械密封结构在通常情况下，端面密封环易产生热裂或磨损，而且，弹簧压紧装置易产生阻塞，密封结构易受轴向窜动影响，从而导致对机械密封的安全性和可靠性造成影响。并且，现有密封介质多为液体，一旦机械密封失效，密封介质极易泄露至生物反应器的发酵罐中，产生污染，在细胞培养中存在极大的安全隐患。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种搅拌式动物细胞培养生物反应器及其密封方法，从而可以保证动物细胞安全的培养环境。为解决上述技术问题，本发明提供方案如下本发明提供了一种搅拌式动物细胞培养生物反应器，该反应器设置有固定不动的压盖，以及随旋转轴旋转的轴套，包括用于实现压盖与轴套间密封的密封唇，所述密封唇与所述压盖和轴套连接，所述密封唇固定于压盖处，并与所述轴套贴合；用于引入和排出密封介质的引入孔，与所述密封唇连接，设置于所述密封唇的唇间。优选的，所述压盖上设置有用于与所述反应器固定连接的固定结构。优选的，所述密封唇由二组钢背骨架构成的唇形密封圈组成，所述两组唇形密封圈的骨架均与所述压盖连接，所述两组唇形密封圈的唇口相对设置形成一八字形，且均与所述轴套贴合。优选的，所述密封唇与引入孔间设置有分隔圈。优选的，所述轴套通过所述反应器中设置的驱动套上的顶丝与旋转轴固定。优选的，所述反应器中至少设置一个引入孔，通过管道与密封介质提供装置和密封介质排出装置相连。本发明实施例还提供了一种搅拌式动物细胞培养生物反应器密封方法，包括通过驱动套上的顶丝，将轴套与旋转轴固定；在所述驱动套和轴套，与所述旋转轴旋转时，通过引入孔引入气体作为密封介质， 将所述密封唇与轴套之间的空间密封。优选的，所述气体为无菌压缩空气。优选的，所述气体温度小于等于150摄氏度。优选的，所述气体压强小于等于1. 5巴。从以上所述可以看出，本发明提供了一种搅拌式动物细胞培养生物反应器及其密封方法，该反应器可设置有固定不动的压盖以及随旋转轴旋转的轴套，以及用于实现压盖与轴套间密封的密封唇，用于引入和排出密封介质的引入孔，且该反应器在具体应用时，通过引入孔引入的密封介质为气体。由于该反应器采用了非端面密封的机械密封结构，进而提高轴封安全性、可靠性，减少安全隐患和污染，保证了安全的动物细胞体外培养环境。
图1为本发明实施例提供的搅拌式动物细胞培养生物反应器所涉及的机械密封结构剖面示意图；图2为本发明实施例提供的搅拌式动物细胞培养生物反应器所涉及的机械密封结构顶视图；图3为本发明实施例提供的搅拌式动物细胞培养生物反应器密封方法流程示意图。
具体实施例方式本发明实施例提供的搅拌式动物细胞培养生物反应器，为了保证安全的动物细胞体外培养环境，采用了一种非端面机械密封结构，该机械密封结构的较佳实施例可如附图 1、2所示，该密封结构具体可由引入孔1、压盖2、0型圈3、分隔圈4、密封唇5、轴套6、孔用弹性挡圈7、驱动套8、顶丝9、定中卡榫10和销钉11等构成。本发明实施例所涉及的机械密封结构，具体可由固定部件和运动部件组成。其中， 固定部件可包括压盖2以及密封唇5 ；运动部件可包括轴套6以及驱动套8。本发明实施例所涉及的压盖2，在一个较佳的实施例中，可设置于搅拌式动物细胞培养生物反应器的顶部。压盖2上可设置有用于与反应器固定连接的固定结构，例如，如附图1所示，压盖2可通过固定螺栓13固定连接于反应器。压盖2具体可构造成环状，以使旋转轴12穿过。本发明实施例所涉及的密封唇5，用于实现压盖2与轴套6间的密封，该密封唇5具体可由二组钢背骨架构成的唇形密封圈组成，两组唇形密封圈的骨架均与压盖2连接， 并固定于压盖2处。两组唇形密封圈的唇口相对设置形成一八字形，故密封唇5也可称之为八字唇。两组唇形密封圈均与轴套6紧密贴合。本发明实施例中，在密封唇5两组唇形密封圈的唇间，可设置有用于引入密封介质的引入孔1，并且，为了达到更好的分隔和密封效果，在密封唇5与引入孔1间，还可设置有分隔圈4。本发明实施例中可设置至少一个引入孔1，在一个较佳的实施例中可设置两个，通过管道与密封介质提供装置和排出装置相连，用于引入和排出密封介质。本发明实施例为了杜绝在机械搅拌时，由于密封介质泄漏而引发污染的可能，所选用的密封介质具体可为气体。在一个较佳的实施例中，该气体具体可为无菌压缩空气。而且，该气体的压强可小于等于1. 5巴(BAR)，并且，温度可小于等于150°C。从而可以避免因机械密封损耗或失效导致密封介质泄漏而引起的污染，保证生物制品安全卫生。本发明实施例所涉及的轴套6，可设置于压盖2的环内，与旋转轴12紧密贴合，并通过驱动套8上的顶丝9与旋转轴12固定。在旋转轴12转动时，轴套6和驱动套8 一起与旋转轴12旋转。为了达到更加的密封效果，以及避免受到旋转轴12在轴向旋转时大幅度窜动的影响，在轴套6与旋转轴12接触的套壁上，还可设置多个0型圈3，该0型圈3可由橡胶等多种材料构成。另外，本发明所涉及的轴套6本身可由碳化硅材料构成。本发明实施例所涉及的定中卡榫10，用于确定轴套6的中心，通过销钉11固定设置于压盖2上。本发明实施例所涉及的孔用弹性挡圈7，设置于压盖2处，用以固定密封唇5。在本发明实施例还提供的一种搅拌式动物细胞培养生物反应器密封方法，该方法可应用于如附图1、2所示的机械密封结构以及采用该机械密封结构的搅拌式动物细胞培养生物反应器中。在本发明一个具体应用实例中，如附图3所示，该方法具体可以包括步骤S301，通过驱动套8上的顶丝9，将轴套6与旋转轴12固定。具体的，可通过设置于压盖2处的定中卡榫10，确定轴套6的中心，并通过驱动套 8上的顶丝9，将轴套6与旋转轴12固定，此时，轴套6与旋转轴12紧密贴合，且在轴套6 与旋转轴12接触的套壁上，还设置有0型圈3，以达到更加的密封效果，并且可以避免受到旋转轴12在轴向旋转时大幅度窜动的影响。步骤S302，在驱动套8和轴套6，与旋转轴12旋转时，通过引入孔1引入气体作为密封介质，将密封唇5与轴套6之间的空间密封。具体的，在旋转轴12旋转时，轴套6和驱动套8与旋转轴12—起旋转，而其他部件固定不动，同时，可通过引入孔1引入密封介质——气体，充满密封唇5与轴套6之间的空间。本发明实施例为了杜绝在机械搅拌时，由于密封介质泄漏而引发污染的可能，所选用的密封介质具体可为气体。在一个较佳的实施例中，该气体具体可为无菌压缩空气。而且，该气体可具有小于等于1. 5百帕压强(BAR)，并且，温度可小于等于150°C。从而可以避免出现因机械密封损耗或失效导致密封介质泄漏而引起污染的情况，保证机械密封的安全性，降低污染可能，保证生物制品安全卫生。通过上述说明可以看出，本发明实施例提供的搅拌式动物细胞培养生物反应器及其密封方法，以无弹簧、无端面的机械密封结构取代传统端面机械密封结构。由于该机械密封结构中，并没有设置易产生热裂或磨损的端面密封环，因此明显减少了机械密封损耗或失效的几率。而且该机械密封结构中，并没有设置易产生阻塞的弹簧、因此，该机械密封结构可不受旋转轴轴向窜动影响，从而提高了机械密封的安全性。而且，本发明实施例中，以气体作为密封介质，避免了机械密封因损耗或失效可能引起的污染或泄漏，保证了机械密封的安全性，降低污染可能，保证生物制品安全卫生。另外，与传统机械密封相比，本发明实施例提供的机械密封尺寸小，结构简单，具有较强的耐摩擦和抗腐蚀能力。以上所述仅是本发明的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种搅拌式动物细胞培养生物反应器，该反应器设置有固定不动的压盖，以及随旋转轴旋转的轴套，其特征在于，包括用于实现压盖与轴套间密封的密封唇，所述密封唇与所述压盖和轴套连接，所述密封唇固定于压盖处，并与所述轴套贴合；用于引入和排出密封介质的引入孔，与所述密封唇连接，设置于所述密封唇的唇间。
2.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述压盖上设置有用于与所述反应器固定连接的固定结构。
3.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述密封唇由二组钢背骨架构成的唇形密封圈组成，所述两组唇形密封圈的骨架均与所述压盖连接，所述两组唇形密封圈的唇口相对设置形成一八字形，且均与所述轴套贴合。
4.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述密封唇与引入孔间设置有分隔圈。
5.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述轴套通过所述反应器中设置的驱动套上的顶丝与旋转轴固定。
6.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述反应器中至少设置一个引入孔，通过管道与密封介质提供装置和密封介质排出装置相连。
7.一种搅拌式动物细胞培养生物反应器密封方法，其特征在于，该方法应用于如权利要求1所述的搅拌式动物细胞培养生物反应器中，该方法包括通过驱动套上的顶丝，将轴套与旋转轴固定；在所述驱动套和轴套，与所述旋转轴旋转时，通过引入孔引入气体作为密封介质，将所述密封唇与轴套之间的空间密封。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述气体为无菌压缩空气。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述气体温度小于等于150摄氏度。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述气体压强小于等于1.5巴。
全文摘要
本发明提供了一种搅拌式动物细胞培养生物反应器及其密封方法，该反应器可设置有固定不动的压盖以及随旋转轴旋转的轴套，以及用于实现压盖与轴套间密封的密封唇，用于引入和排出密封介质的引入孔，且该反应器在具体应用时，通过引入孔引入的密封介质为气体。由于该反应器采用了非端面密封的机械密封结构，进而提高轴封安全性、可靠性，减少安全隐患和污染，保证了安全的动物细胞体外培养环境。
文档编号C12M1/02GK102408990SQ201010291300
公开日2012年4月11日 申请日期2010年9月25日 优先权日2010年9月25日
发明者英春立, 陈文庆 申请人:北京清大天一科技有限公司