一种用于生物反应器的摇动平台的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于生物反应器的摇动平台，其包括固定平台(2)和设置于该固定平台(2)的一侧的第一活动平台(1)，其中第一活动平台(1)能相对于固定平台(2)所在的平面成正角或负角上下摇动。在备选的实施方案中，还省略掉所述固定平台(2)，由此将所述第一活动平台(1)和第二活动平台(1’)比邻设置。本发明的摇动平台，能够产生更丰富的浪型，强化氧气传质，并有利于细胞在反应器内的均匀分布，可大大提高细胞培养效率。
【专利说明】-种用于生物反应器的摇动平台
【技术领域】
[0001] 本发明属于生化设备领域，更具体地，本发明涉及用于生物反应器的摇动平台。 技术背景
[0002] 生物反应器中的一大类是细胞培养反应器，用于培养动物细胞和植物细胞。该些 细胞在生长的过程中，需要向液相培养介质中供应足量的氧气，故需要设法加快氧气的气 液传质。传统方法是使用揽拌奖揽拌培养介质，或者向培养介质中鼓入氧气气泡，W增大气 液接触面积，加速氧气从培养介质上方的气相到液相培养介质中的扩散。但机械揽拌或该 鼓泡法在液体培养介质中产生较高的剪切力，导致细胞损伤。为此，上个世纪90年代W来， 逐步开发了波浪式生物反应器，其将细胞和培养介质置于无菌的一次性塑料培养袋中，并 放在特殊设计的摇动平台上。平台的摇动使得培养介质产生波浪，通过波浪代替揽拌和鼓 泡来实现气液之间的表面更新，既强化氧气传质，又避免了揽拌浆叶端和鼓泡对细胞的伤 害，提供温和低剪切力同时相对较高的溶氧的细胞培养微环境，有利于改善细胞状态、提高 细胞密度和产量。
[0003] 一种代表性的波浪式生物反应器是美国GE Healthcare Wave Products Group公 司的波浪生物反应器，其包括"晓晓板式"摇动平台和置于该摇动平台上的细胞培养袋，通 过该摇动平台的晓晓板式上下摇动，在培养液中产生波浪，但此"晓晓板式"摇动平台作为 一个整体围绕中间支承点上下摇动，平台上反应器内液体培养物形成的波浪形态及混合状 态只能通过调节平台上下运动的角度来调节，液体培养物波浪形态及混合状态可调节性较 少，不能形成回头浪而充分混合，液体中固体培养物与液体之间传氧、传热等不很充分，波 浪形态和混合状态调整可选择性较少。
[0004] 另一种改进的波浪式生物反应器见W下文献；Two new dispos油Ie bioreactors for plant cell culture:the wave and undertow bioreactor and the slug bubble bioreactor, Terrier, et al. , Biotehnology and Bioengineering, 2006, vol. 96, No. 5, 91 4-923,将该论文全文并入本文供参考。该论文描述了将柔性塑料生物培养袋置于"仰邸起 坐式"摇动平台上，本发明的图1展示了该摇动平台的结构。该摇动平台有一个水平固定桌 和位于该水平固定桌一侧的上升平台，上升平台周期性地从与该水平固定桌同一水平面的 起始位置向上升起一定角度并回落至该起始位置。随着上升平台的上升和回落，在柔性塑 料生物培养袋内产生波浪，该波浪传递至培养袋的另一端时，产生回头浪，反向传递，由此 强化气液表面的更新。该"仰邸起坐式"摇动平台比"晓晓板式"摇动平台具有更丰富的浪 型调整能力。
[0005] 但发明人在实践中发现，该"仰邸起坐式"摇动平台也存在一些缺点：其波浪和回 头浪，更多地发生在液体深度的中上层，例如在液体深度的上1/3至上1/2之间，而液体中 下层，则较少受到波浪和回头浪的影响。因此，大一些的细胞团簇，易于沉积在液体的中下 层，尤其是在柔性塑料生物培养袋的中间位置处的中下层，由于起始波浪和回头浪都对此 位置影响薄弱，故有大量的细胞团簇沉积于此，如本发明的附图1中的团簇细胞相对沉积 区5所示。其中"相对沉积"并非指细胞团簇静止于此处不动，而是细胞团簇并没有遍及整 个培养袋而运动，仅仅是在该相对沉积区内来回随波摆动，且深度方向上翻滚更新作用变 弱。因此，细胞团簇并没有充分分散于培养介质中，其而该显然降低了细胞对溶解氧和培养 介质的利用率。
[0006] 本发明的目的是要解决上述细胞团簇沉积的问题，同时，本发明还希望能提供具 有更强造浪能力和浪型更丰富可调的摇动平台。
【发明内容】
[0007] 本发明提供了一种用于生物反应器的摇动平台，其包括固定平台（2)和设置于该 固定平台（2)的一侧的第一活动平台（1)，其中，第一活动平台（1)能相对于固定平台（2) 所在的平面成正角或负角上下摇动。
[0008] 本文中，所述正角是指活动平台位于固定平台所在的平面上方时所成的角，所述 负角是指活动平台位于固定平台所在的平面下方所成的角。
[0009] 在本发明的优选实施方案中，所述固定平台（2)的两侧分别设有第一活动平台 (1)和第二活动平台（r )，二者W各自独立的角度和频率相对于固定平台（2)所在的平面 成正角或负角上下摇动。
[0010] 在本发明的进一步优选实施方案中，所述第一活动平台（1)和第二活动平台（r) 各自独立与所述固定平台（2)通过轴（7)可转动式连接。
[0011] 在本发明的进一步优选实施方案中，所述第一活动平台（1)和第二活动平台（r) 同向摇动或反向摇动。
[0012] 在本发明的优选实施方案中，还可W省略掉所述固定平台（2)，由此将所述第一活 动平台（1)和第二活动平台（r)比邻设置。优选地，所述第一活动平台（1)和所述第二活 动平台（r )各自独立地在电机和传动装置推动下做上下往复摇动。
[0013] 用于推动本发明中的活动平台上下摇动的机械装置都是已知的，不再费述。
[0014] 在本发明的优选实施方案中，所述生物反应器为柔性袋状生物反应器（3)。
[0015] 本发明的优点如下：
[0016] 本发明的摇动平台比传统的晓晓板式摇动平台和仰邸起坐式摇动平台，在产生回 头浪的强度和浪型方面更具优势，强化了气液表面的更新速率，因此强化了氧气从气相到 液相的传质过程，有利于待培养的植物细胞的生长，也有利于避免细胞的团聚和相对沉积， 因此，实现了很高的细胞产率。此外，因本发明的摇动平台造浪作用更强，则可W在更短时 间内完成预定产率的细胞培养，减少了柔性塑料袋的弯折次数，或者，活动平台可抬起更低 的角度，减少柔性袋弯折角度，该些益处均能保护柔性塑料袋更不容易因反复弯折或大角 度弯折而破损。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1是现有技术中的用于生物反应器的仰邸起坐式摇动平台及其上的柔性袋状 生物反应器的结构示意图。其中虚线所示为活动平台的另一极限位置，下同。
[0018] 图2是一种类型的本发明的用于生物反应器的摇动平台及其上的柔性袋状生物 反应器的结构示意图，其中活动平台与固定平台所在平面成正角。
[0019] 图3是图2所示摇动平台及其上的柔性袋状生物反应器的结构示意图，其中活动 平台与固定平台所在平面成负角。
[0020] 图4是另一种类型的本发明的用于生物反应器的摇动平台的结构示意图。
[0021] 图5是其中固定平台被省略的本发明的用于生物反应器的摇动平台的结构示意 图。
[0022] 附图标记说明：1、活动平台；2、固定平台；3、柔性袋状生物反应器；4、细胞团簇； 5、细胞团簇相对沉积区；6、反应器易破损处；7、轴。
【具体实施方式】
[0023] 提供W下实施例W具体说明本发明，但不W任何方式限制本发明。
[0024] 各实施例和对比例中，均采用经消毒的柔性塑料袋作为生物反应器来培养植物细 胞，袋内容纳有细胞培养液，待培养的植物细胞是葡萄细胞，并向塑料袋中充入氧气（浓度 99. 9% )，保持一定气体压力，实施例和比较例中进反应器氧气流量、浓度、压力、温度相同， 出气流量、压力经过流量表、压力表等计量器具测定数值，通过进出氧气流量、压力可W计 算出单位时间内氧气的消耗量（经过测定，出气温度、压力、浓度变化很小，可W视为数值 相同，通过进出气流量数值可W确定单位时间内氧气消耗量，计算公式；一定时间内进气流 量减出气流量的差额，除W时间，得到单位时间内氧气消耗量），然后将该柔性塑料袋（相 同体积20升）分别置于传统的晓晓板式摇动平台（1#摇动平台）、仰邸起坐式摇动平台（2# 摇动平台）和本发明的摇动平台（3#摇动平台和4#摇动平台）上,各摇动平台长度、觉度 相同，在除摇动平台类型不同而其他初始条件均相同的实验条件下进行培养，每12小时记 录测定的出气流量、压力、浓度数据，据此计算出袋内细胞的耗氧速率。实验中，用眼睛观察 是否有回头浪，W及回头浪的强度，并观察植物细胞的团聚情况。
[00幼 对比例1
[0026] WAVE的晓晓板式生物摇动平台，称为1#摇动平台，其两端在±15°的角度内反相 上下运动。其中没有观察到回头浪，第6日平均耗氧量为163mg/L，即平均每升细胞培养液 消耗163mg氧气，细胞第6日生长倍数为4. 2倍（参见表1)。
[0027] 对比例2
[0028] 仰邸起坐式摇动平台，即采用"一个固定平台与一个活动平台组合且活动平台只 能运动到水平位置"的形式的摇动平台，称为2#摇动平台，即其活动平台在0-30°范围内 运动。随着活动平台的起伏，观察到袋内在远离活动平台一端有回头浪存在，该回头浪能自 回头浪发生处起波及到固定平台上的袋长度的约1/2处才逐渐消失。实验中检测的第6日 平均耗氧量为198mg/L，该说明该仰邸起坐式摇动平台内的氧气传质效率比晓晓板式摇动 平台有所提高。但实验中发现，在培养袋中间部位的液相中下部，存在一个植物细胞团簇的 相对沉积区，造成细胞培养效率仍不够高，第6日生长倍数为4. 5倍（参见表1)。
[0029] 实施例1
[0030] 采用"一个固定平台与一个活动平台组合且活动平台可向下运动"形式的本发明 的摇动平台，称为3#摇动平台，其活动平台在±15°范围内上下运动。实验中发现，在远离 活动平台的袋端部有更强烈的回头浪发生，该回头浪能自回头浪发生处起波及到固定平台 上的袋长度的近2/3甚至3/4处才消失。实验中检测到第6日平均耗氧量为240mg/L，说明 氧气传质速率比仰邸起坐式更快。实验中仅观察到很少的细胞团簇沉积，甚至完全没有沉 积，该说明在强烈的回头浪作用下，细胞团簇在袋内的分散性更好，因此第6日生长倍数为 5. 1倍（参见表1)。
[00引]实施例2
[0032] 采用"一个固定平台与两个活动平台组合且活动平台可向下运动"形式的本发明 的摇动平台，称为4#摇动平台，其两端的活动平台在±15°范围内反相上下运动。实验中 发现，在袋的两个端部都有更强烈的回头浪发生，即能产生双向回头浪，且每一个回头浪能 自回头浪发生处起波及到固定平台上的袋长度的近3/4处至全部袋长。实验中检测到第6 日平均耗氧量为271mg/l，说明氧气传质速率比3#摇床更快。实验中几乎没有观察到细胞 团簇或沉积现象，该说明在强烈的双向回头浪作用下，细胞团簇在袋内的分散性更好，第6 日生长倍数为5. 5倍（参见表一）。
[0033] 表 1
[0034]
【权利要求】
1. 一种用于生物反应器的摇动平台，其包括固定平台（2)和设置于该固定平台（2)的 一侧的第一活动平台（1)，其特征在于： 第一活动平台（1)能相对于固定平台（2)所在的平面成正角或负角上下摇动。
2. 根据权利要求1所述的摇动平台，其特征在于所述固定平台（2)的两侧分别设有第 一活动平台（1)和第二活动平台（1'），二者以各自独立的角度和频率相对于固定平台（2) 所在的平面成正角或负角上下摇动。
3. 根据权利要求1所述的摇动平台，其特征在于所述第一活动平台（1)和第二活动平 台（1'）各自独立与所述固定平台（2)通过轴（7)可转动式连接。
4. 根据权利要求2所述的摇动平台，其特征在于所述第一活动平台（1)和第二活动平 台（1'）同向摇动或反向摇动。
5. 根据权利要求2所述的摇动平台，其特征在于：省略掉所述固定平台（2)，由此将所 述第一活动平台（1)和第二活动平台（1'）比邻设置。
6. 根据权利要求2所述的摇动平台，其特征在于所述第一活动平台（1)和所述第二活 动平台（1'）各自独立地在电机和传动装置推动下做上下往复摇动。
7. 根据权利要求1-5中任一项所述的摇动平台，其中所述生物反应器为柔性袋状生物 反应器（3)。
【文档编号】C12M1/00GK104357324SQ201410675127
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月21日 优先权日:2014年11月21日
【发明者】张卫, 顾宝善, 龚卫东, 石万利 申请人:天津艾赛博生物技术有限公司