专利名称：潮汐式动物细胞培养生物反应器的制作方法
技术领域：
本发明属于生物细胞培养反应器领域，适用于食品工业加工生产、农林业生物农药、生物制品、生物制药、生物疫苗、高密度大规模细胞生产培养及生物医药克隆细胞的传代培养，具体为一种潮汐式动物细胞培养生物反应器。
背景技术：
现有技术中，农林业生物农药、生物制品、生物制药、生物疫苗药厂的细胞培养多数为用试瓶置于培养箱内培养，局限于实验型、生产型多为转瓶机转瓶培养。转瓶机占用场地宽、投入成本大、生产运行费用高、细胞产量低、还局限于细胞种类的培养。
发明内容
针对现有技术的不足之处如转瓶机占用场地宽、投入成本大、生产运行费用高、细胞产量低、局限于细胞种类培养的不足等。本发明型旨在提供一种潮汐式动物细胞培养生物反应器，以克服上述不足，使得细胞培养设备占地面积小，成本低、细胞产量高。为实现上述目的，本发明的技术方案是一种潮汐式动物细胞培养生物反应器，包括培养基补充或回收瓶和加热恒温水箱，还包括培养基盛液罐和三气夹水套恒温培养箱；其中，培养基盛液罐的上端固定有盛液罐气体过滤器、PH值检测电极、糖分检测电极、溶氧检测电极、吸液循环管a、进液循环管a和补充液进液管；三气夹水套恒温培养箱内设有填充有细胞培养载体的细胞培养反应罐，三气夹水套恒温培养箱的一侧设有第I蠕动泵、第II蠕动泵和第III蠕动泵，细胞培养反应罐设有搅拌装置、气体过滤器、液位电极、进液循环管b和吸液循环管b ；进液循环管b上设有第I换向阀，进液循环管b通过回流管与补充液吸液管连通，回流管上设有第II换向阀；培养基盛液罐设置在加热恒温水箱内或者培养基盛液罐外的夹水层通过热水循环水泵和循环水管与加热恒温水箱连通；培养基盛液罐通过吸液循环管a、第II蠕动泵、进液循环管b和第I换向阀与细胞培养反应罐连通；细胞培养反应罐通过吸液循环管a、第III蠕动泵和进液循环管a与培养基盛液罐连通；培养基盛液罐通过吸液循环管a、第II蠕动泵、回流管、第II换向阀、经补充液吸液管与培养基补充或回收瓶连通(此时第I换向阀是处于关闭状态，第II换向阀处于打开状态)；培养基补充或回收瓶通过补充液吸液管、第I蠕动泵和补充液进液管与培养基盛液灌连通(此时第II换向阀是处于关闭状态)。上述搅拌装置的中部安装有循环管气压接口，搅拌装置的下端安装有内循环搅拌
ο本发明的潮汐式动物细胞培养生物反应器还包括电器控制机箱和操作控制显示屏，其中电器控制机箱有工作指示灯和电源开关。本发明的潮汐式动物细胞培养生物反应器还包括工作架；加热恒温水箱和培养基补充或回收瓶摆放在工作架下层，三气夹水套恒温培养箱摆放在工作架的上层，各构件按照上述连接关系连接。
下面对本发明做进一步的解释和说明一、本发明的潮汐式动物细胞培养生物反应器各部分的功能详细介绍如下1、三气夹水套恒温培养箱(18)是集夹水套恒温、二氧化碳、氧气、氮气于一体混合式培养箱，通过三气混合调节阀(31)调节二氧化碳、氧气、氮气，提供一种适应于细胞生长的环境，有效的保证了细胞在它适应的环境中能高密度快速生长。2、细胞培养反应罐(17)细胞培养反应罐(17)内填充有供细胞贴壁生长载体 (25)，细胞培养反应罐(17)设有搅拌装置(20)、气体过滤器(22)、液位电极Ql)和进液循环管和出液循环管b (1 。多孔细胞培养载体0 是海绵状多孔固定床载体。细胞培养反应罐的细胞培养原理是将细胞粘贴在培养反应罐内的多孔载体内， 培养基盛液罐C3)通过吸液循环管a(10)、第II蠕动泵(1 和进液循环管向细胞培养反应罐(17)内输送培养基，使其充满反应罐并淹没载体；然后再通过吸液循环管a (13)、 第III蠕动泵(16)和出液循环管a(ll)回流至培养基盛液罐(3)内，以暴露出载体；当载体暴露出来时，细胞可以获得充分的氧气并释放出二氧化碳。当载体被培养基淹没时，细胞可以获得养分并将代谢的废弃物释放出来。它的原理形类似于潮起潮落。本设计装置提供了一个以小空间高密度细胞、较大细胞生长的表面积，培养基在循环过程中无泡沫、高氧气供应的环境。可适应于多种细胞的培养。3、培养基盛液罐(3)的上端固定有盛液罐气体过滤器⑷、PH值检测电极(5)、糖分检测电极(6)、溶氧检测电极(7)、吸液循环管a(10)、进液循环管a(ll)和补充液进液管 (9)；需要收获回收液时，关闭第I换向阀(33)、打开第II换向阀(44)，回收液则从培养基盛液罐(3)内通过吸液管a(10)、第II蠕动泵(15)、回流管(45)、第II换向阀04)和培养基补充吸液管(8)流向培养基补充或回收瓶(30)内；需要补充培养基时，关闭第II换向阀 (44)，培养基补充液或回收瓶(30)内的培养基通过补充液吸液管(8)经第I蠕动泵(14) 和补充液进液管(9)向培养基盛液罐(3)内补充培养基；实现回收液收获或补充培养基注入罐体的功能。PH值检测电极(5)、糖分检测电极(6)、和溶氧检测电极(7)用于检测盛液罐的培养基各方指标反应变化。4、加热恒温水箱O)培养基盛液罐C3)设置在加热恒温水箱O)内或者培养基盛液罐( 外的夹水层通过热水循环水泵(37)和循环水管与加热恒温水箱( 连通， 使培养基盛液罐(3)内的培养基预热与细胞培养反应罐(17)内的温度一致。当培养基循环与生物培养反应罐中时，温差变化不大，能使细胞在培养过程中不受影响。5、培养基补充或回收瓶(30)的作用是当培养基盛液罐内的培养基含糖量下降时，可通过关闭第II换向阀(44)，培养基补充或回收瓶(30)内的培养基通过补充液吸液管⑶经第I蠕动泵(14)和补充液进液管(9)向培养基盛液罐⑶内补充培养基；反之， 需要收获回收液时，关闭第I换向阀(33)，打开第II换向阀(44)，回收液则从培养基盛液罐(3)内通过吸液管a(10)、第II蠕动泵(15)、回流管0 培养基补充吸液管(8)流向培养基补充或回收瓶(30)内。6、第I蠕动泵(14)、第II蠕动泵(15)和第III蠕动泵(16)作用于该装置中，由控制中心来控制执行对细胞培养反应罐与培养基盛液罐内的培养基经管道往复循环或补充新的培养基。7、各种管道作用于新培养液的补充和回收液的收获及培养基盛液罐与细胞培养反应罐之间往复循环。8、显示器操作控制屏06)可以直观的模拟显示整个装置工艺流程和各个部位检测及控制操作。本发明的潮汐式动物细胞培养生物反应器由操作控制显示屏进行显示、操作和控制，显示全装置各部分工艺流程的培养反应。检测细胞培养、培养基循环、三气培养比率的自动调配供给和新培养基补充的数据，模拟动态显示各装置的反应变化和控制各装置的培养反应。控制显示直观，操作简单方便。9、控制系统机箱、2Τ)是控制整个装置中各部位的监测的数据、收集处理及对各执行机构的转换运行。10、工作指示灯08)是整个装置中各执行机构工作指示。二、本发明的潮汐式动物细胞培养生物反应器的原理本设计方案是将生物反应器整体装置结构摆放在可移动的工作架(1)上，结构紧凑，操作方便。该反应器工作原理是将海绵状多孔培养载体05)的细胞培养反应罐(17)置入三气夹水套恒温培养箱(18)内，设置三气夹水套培养箱(18)内恒温度，同时调好三气比例及恒温水槽温度。开机由第II蠕动泵(15)，通过吸液循环管a(10)和进液循环管b(12)将培养基盛液罐(3)内的培养基输送入细胞培养反应罐(17)内，同时注入细胞种。当细胞培养反应罐(17)内培养基达到一定液位时，液位电极控制第II蠕动泵(15)停止输送培养基。此时搅拌马达OO)启动内循环搅拌器(M)，使细胞培养反应罐(17)内的培养基由罐底往上再顺时针旋转搅拌，管口均勻的溢流往返流动，使细胞种能很好的大面积的沉降到多孔载体所有的表面。当内循环搅拌器04)停止工作时，细胞迅速沉降粘附于载体上，细胞粘附于载体后，细胞进入培养阶段，细胞培养反应罐(17)开始培养工作。培养一段时间后，培养反应罐内的培养基定时定量的被吸走，通过吸液循环管a(13)、第III蠕动泵(16)和进液循环管a (11)回流至培养基盛液罐(3)内，与细胞培养反应罐(17)往返循环。当细胞培养反应罐(17)的培养基被吸走时，暴露出的载体细胞获得充分的氧气并释放出二氧化碳。当载体被培养基淹没时，细胞可以获得养分并将代谢的废弃物释放出来。同时培养基盛液罐(3)的电极时刻检测培养基的各项指标的反应变化，随时向培养基盛液罐(3)内补充新培养基，调节培养基糖、酸、碱度的变化及调节三气夹水套培养箱(18)内的气体浓度。与现有技术相比，本发明的有益效果是本发明的设备投资小、占用场地小、生产运行成本低、产量高。一台5升的潮汐式生物培养反应装置的产量相当于25瓶位、3000ml/瓶的转瓶培养机15台，从而有效的提供了生物制品和生物医药及生物疫苗的生产平台，达到了低成本、提高产量的目的。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明图1是本发明实施例2的整体结构示意图；图2是图1的加热恒温水箱(2)和培养基盛液罐⑶的结构示意图(带局部剖)；图3是图1的三气夹水套培养箱(18)的正视图(带局部剖)；图4是图1的三气夹水套培养箱(18)的侧视图(带局部剖)；图5是图1的内循环搅拌器04)的结构示意图(带局部剖)；
图6是本发明实施例3的整体结构示意图(带局部剖)；图7是图6的加热恒温水箱(2)和培养基盛液罐(3)的结构示意图(带局部剖)；其中1为工作架，2为加热恒温水箱，3为培养基盛液罐，4为盛液罐气体过滤器，5 为PH值检测电极、6为糖分检测电极、7为溶氧检测电极，8为补充液吸液管，9为补充液进液管，10为吸液循环管a、ll为进液循环管a，12为进液循环管b和13为吸液循环管b，14 为第I蠕动泵，15为第II蠕动泵，16为第III蠕动泵，17为细胞培养反应灌，18为三气夹水套恒温培养箱，19为内循环液出口，20为搅拌装置，21为液位电极，22为气体过滤器，23 为循环管气压接口，24为内循环搅拌器，25为多孔细胞培养载体，26为操作控制显示屏，27 为电器控制机箱，28为工作指示灯，29为电源开关，30为培养基液补充或回收瓶，31为三气混合调节器，32为载体托盘，33为第I换向阀，34为氧气管，35为氮气管，36为内循环螺旋桨，37是热水循环水泵，38是培养基综合搅拌器，39是盛液罐内玻璃视窗，40是搅拌马达， 41是温度检测传感器，42是恒温加热器，43循环水管，44为第II换向阀，45为回流管。
具体实施例方式为了更好的理解本发明，下面结合实施例对本发明做进一步地详细说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例所示的范围。除特别说明外，本发明应用实施例中的百分含量均指质量百分含量。实施例1 —种潮汐式动物细胞培养生物反应器，还包括培养基盛液罐( 和三气夹水套恒温培养箱(18)；其中，培养基盛液罐(3)的上端固定有盛液罐气体过滤器G)、PH值检测电极(5)、糖分检测电极(6)、溶氧检测电极(7)、吸液循环管a(10)、进液循环管a(ll)和补充液进液管(9)；三气夹水套恒温培养箱(18)内设有填充有细胞培养载体05)的细胞培养反应罐(17)，三气夹水套恒温培养箱(18)的一侧设有第I蠕动泵(14)、第II蠕动泵 (15)和第III蠕动泵(16)，细胞培养反应罐(17)设有搅拌装置(20)、气体过滤器(22)、液位电极(21)、进液循环管和吸液循环管b(l!3)；进液循环管上设有第I换向阀 (33)，进液循环管b (1 通过回流管0 与补充液吸液管(8)连通，回流管0 上设有第 II换向阀G4)；培养基盛液罐C3)设置在加热恒温水箱O)内或者培养基盛液罐C3)外的夹水层通过热水循环水泵(37)和循环水管与加热恒温水箱( 连通；培养基盛液罐 (3)通过吸液循环管a(10)、第II蠕动泵(15)、进液循环管b(12)和第I换向阀(33)与细胞培养反应罐(17)连通；细胞培养反应罐(17)通过吸液循环管a(13)、第III蠕动泵(16) 和进液循环管a(ll)与培养基盛液罐C3)连通；培养基盛液罐C3)通过吸液循环管a(10)、 第II蠕动泵(15)、回流管(45)、第II换向阀(44)、经补充液吸液管(8)与培养基补充或回收瓶(30)连通(此时第I换向阀是处于关闭状态，第II换向阀处于打开状态)；培养基补充或回收瓶(30)通过补充液吸液管(8)、第I蠕动泵(14)和补充液进液管(9)与培养基盛液灌⑶连通(此时第II换向阀是处于关闭状态)。如图5所示，所述搅拌装置00)的中部安装有循环管气压接口(23)，搅拌装置 (20)的下端安装有内循环搅拌器04)。本发明的一种潮汐式动物细胞培养生物反应器还包括电器控制机箱(XT)和操作控制显示屏( )，其中电器控制机箱07)有工作指示灯08)和电源开关09)。
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实施例2 本发明的一种潮汐式动物细胞培养生物反应器，如图1所示，还包括工作架(1)；加热恒温水箱( 和培养基补充或回收瓶(30)摆放在工作架(1)下层，三气夹水套恒温培养箱(18)摆放在工作架(1)的上层，各构件按照实施例1所述连接关系连接。实施例3 本发明的一种潮汐式动物细胞培养生物反应器，反应器如图6所示，其中培养基盛液罐( 外的夹水层通过热水循环水泵(37)和循环水管与加热恒温水箱( 连通；(如图7所示)，培养基盛液罐(3)摆放在工作架的旁边，其它各构件跟实施例1相同，按照实施例1所述连接关系连接。实施例4 本发明的一种潮汐式动物细胞培养生物反应器的工作过程将放有多孔细胞培养载体0 的细胞培养反应罐(17)置入三气夹水套恒温培养箱(18)内，设置三气夹水套培养箱(18)内恒温度，同时调好三气比例及恒温水槽温度。开机由第II蠕动泵(15)，通过吸液循环管a (10)和进液循环管将培养基盛液罐(3)内的培养基输送入细胞培养反应罐(17)内，同时注入细胞种。当细胞培养反应罐(17)内培养基淹没全部的多孔细胞培养载体0 时，液位电极控制第II蠕动泵(1 停止输送培养基。此时启动内循环搅拌器(M)，使细胞培养反应罐(17)内的培养基由罐底往上再顺时针旋转搅拌，管口均勻的溢流往返流动，使细胞种能很好的大面积的沉降到多孔载体所有的表面。当内循环搅拌器04)停止工作时，细胞粘壁后进入培养阶段，细胞培养反应罐(17)开始培养反应工作。培养一段时间后，培养反应罐内的培养基定时的被吸走，通过吸液循环管a(13)、第III蠕动泵(16)和进液循环管a(ll)回流至培养基盛液罐(3)内，实现培养基盛液罐(3)内的培养基与细胞培养反应罐(17)往返循环。当细胞培养反应罐(17)的培养基被吸走时，暴露出的载体细胞获得充分的氧气并释放出二氧化碳。当载体被培养基淹没时，细胞可以获得养分并将代谢的废弃物释放出来。同时培养基盛液罐C3)的电极时刻检测培养基的各项指标的反应变化，控制中心随时向培养基盛液罐(3)内补充新培养基，调节培养基糖、酸、碱度的变化及调节三气夹水套培养箱(18)内的气体浓度。需要收获回收液时，关闭第I换向阀(33)、打开第II换向阀(44)，回收液则从培养基盛液罐(3)内通过吸液管a(10)、第II蠕动泵(15)、回流管0 、第II换向阀04)和培养基补充吸液管(8)流向培养基补充或回收瓶(30)内；需要补充培养基时，关闭第II换向阀(44)，培养基补充液或回收瓶(30)内的培养基通过补充液吸液管(8)经第I蠕动泵(14)和补充液进液管(9)向培养基盛液罐(3)内补充培养基；实现回收液收获或补充培养基注入罐体的功能。实施例6:应用实施例1.用5升潮汐式生物反应器培养H(15细胞1. 1载体处理取100克细胞培养载体05)，用PH值为7. 2，0. IM的PBS (去离子水配制)3升浸泡2小时。自然浙干备用。1. 2灭菌取出细胞培养反应罐(17)，加入处理好的载体和2升PBS，其所有管口用洁净布包扎好，于灭菌器中116°C灭菌40分钟。培养基盛液罐(3)的所有管口用洁净布包扎好，硅胶管等用品用洁净布包扎好，于灭菌器中121°C灭菌30分钟。1.3连接管道在百级洁净环境，用无菌操作将细胞培养反应罐(17)出口与培养基盛液罐C3)回流口用硅胶管连接，将细胞培养反应罐(17)进液口与培养基盛液罐(3)出口用硅胶管连接。1. 4细胞培养反应罐(17)的参数设定培养箱温度为37°C，C02的体积浓度5%。 搅拌装置00)的转速为150转/分钟。培养基盛液罐(3)的水温设定为37°C。1. 5接种细胞开启蠕动泵将细胞培养反应罐(17)中的PBS吸取弃去，加入2升含细胞浓度为2X 105个/ml的H(15种细胞(用含10%新生牛清，双抗100单位/ml的高糖DMEM培养基配成)。开启内循环搅拌器04)搅拌30分钟，静止3小时后，再搅拌20分钟，停止搅拌。1. 6细胞培养具体培养过程同实施例5，控制载体被培养基淹没的时间为6min， 然后吸走培养基使细胞暴露的时间也为6min，如此重复循环，直到细胞培养反应罐(17)运转96小时左右，培养基的葡萄糖含量小于500mg/L时，需换新的培养基，此时载体上已布满细胞。2.用5升潮汐式高密度载体生物培养反应器培养H(15细胞生产猪瘟疫苗2. 1细胞培养同实施例5。2. 2接毒细胞生长良好后，然后弃去旧培养基，加入含4%新生牛清，双抗100单位/ml，猪瘟脾毒0. 5%的高糖DMEM培养基5升。培养72小时左右，培养基内葡萄糖含量小于500mg/L时，收获毒液，换入含4%新生牛清，双抗100单位/ml的高糖DMEM培养基。 每当培养基内葡萄糖含量小于500mg/L时(72小时左右)，收获毒液、换培养基。2. 3测毒结果，见表1:表1用H(15细胞培养猪瘟活疫苗试验结果
细胞病毒细胞浓度病毒滴度PKl 5猪瘟3.7χ1072* IO6兔感染量/ml
权利要求
1.一种潮汐式动物细胞培养生物反应器，包括培养基补充或回收瓶(30)和加热恒温水箱O)，其特征是，还包括培养基盛液罐C3)和三气夹水套恒温培养箱(18)；其中，培养基盛液罐⑶的上端固定有盛液罐气体过滤器G)、PH值检测电极(5)、糖分检测电极(6)、溶氧检测电极(7)、吸液循环管a(10)、进液循环管a(ll)和补充液进液管(9)；三气夹水套恒温培养箱(18)内设有填充有细胞培养载体0 的细胞培养反应罐(17)，三气夹水套恒温培养箱(18)的一侧设有第I蠕动泵(14)、第II蠕动泵(1 和第III蠕动泵(16)，细胞培养反应罐(17)设有搅拌装置(20)、气体过滤器(22)、液位电极(21)、进液循环管b (12)和吸液循环管b(l!3)；进液循环管上设有第I换向阀(33)，进液循环管通过回流管0 与补充液吸液管(8)连通，回流管0 上设有第II换向阀G4)；培养基盛液罐(3) 设置在加热恒温水箱O)内或者培养基盛液罐( 外的夹水层通过热水循环水泵(37)和循环水管与加热恒温水箱( 连通；培养基盛液罐C3)通过吸液循环管a(10)、第II 蠕动泵(15)、进液循环管和第I换向阀(3 与细胞培养反应罐(17)连通；细胞培养反应罐(17)通过吸液循环管a(13)、第III蠕动泵(16)和进液循环管a(ll)与培养基盛液罐⑶连通；培养基盛液罐⑶通过吸液循环管a(10)、第II蠕动泵(15)、回流管05)、第 II换向阀(44)、经补充液吸液管(8)与培养基补充或回收瓶(30)连通；培养基补充或回收瓶(30)通过补充液吸液管(8)、第I蠕动泵(14)和补充液进液管(9)与培养基盛液灌(3) 连通。
2.根据权利要求1所述的一种潮汐式动物细胞培养生物反应器，其特征是，所述搅拌装置00)的中部安装有循环管气压接口(23)，搅拌装置00)的下端安装有内循环搅拌器 04)。
3.根据权利要求1所述的一种潮汐式动物细胞培养生物反应器，其特征是，还包括电器控制机箱(Xi)和操作控制显示屏( )，其中电器控制机箱(Xi)有工作指示灯08)和电源开关(29)。
4.根据权利要求1所述的一种潮汐式动物细胞培养生物反应器，其特征是，还包括工作架(1)；加热恒温水箱( 和培养基补充或回收瓶(30)摆放在工作架(1)下层，三气夹水套恒温培养箱(18)摆放在工作架(1)的上层，各构件按照权利要求1所述的连接关系连接。
5.根据权利要求1所述的一种潮汐式动物细胞培养生物反应器，其特征是，所述培养基盛液罐(3)的温度为37°C。
6.根据权利要求1所述的一种潮汐式动物细胞培养生物反应器，其特征是，所述细胞培养反应罐(17)的温度为37°C，二氧化碳的体积浓度为0-30%，搅拌装置OO)的转速为 0-250转/分钟。
全文摘要
本发明提供了一种潮汐式动物细胞培养生物反应器，主要包括培养基盛液罐(3)和三气夹水套恒温培养箱(18)；三气夹水套恒温培养箱(18)内设有细胞培养反应罐(17)；培养基盛液罐(3)设置在加热恒温水箱(2)内或者培养基盛液罐(3)外的夹水层通过热水循环水泵(37)与加热恒温水箱(2)连通；细胞培养反应罐(17)通过第III蠕动泵(16)与培养基盛液罐(3)连通，培养基盛液罐(3)通过第II蠕动泵(15)与培养基补充或回收瓶(30)连通，培养基补充或回收瓶(30)通过第I蠕动泵(14)与培养基盛液灌(3)连通。本发明的潮汐式动物细胞生物培养反应器投资小、占用场地小、生产运行成本低、产量高。
文档编号C12M1/34GK102382766SQ201110387699
公开日2012年3月21日 申请日期2011年11月29日 优先权日2011年11月29日
发明者向开兴, 陶伯辉 申请人:向开兴