本实用新型涉及一种细胞培养反应器。
背景技术：
用于动物细胞培养的细胞培养反应器主要分为两大类，即搅拌式细胞培养反应器及非搅拌式细胞培养反应器，其区别在于是否在细胞培养反应器内部设置搅拌桨。搅拌式反应器用于动物细胞培养的最大缺点是剪切力大，容易损伤细胞，虽然经过各种改进，但该问题仍存在。相比之下，非搅拌式细胞培养反应器产生的剪切力小，在动物细胞培养中优势突出。非搅拌式细胞培养反应器一般通过摇动、滚动、转动、摆动、震荡等方式使细胞培养基在反应器内运动，从而保持细胞悬浮状态并实现高效的气体交换。目前主流的细胞培养反应器培养罐的形状大多是典型的柱状体，通过空气或氧气喷射的方式为细胞供氧。然而，氧气在喷射到培养罐底部后，在上升过程中会不断被消耗，导致从下到上出现氧气浓度递减的情况，为了保障上层培养液中氧气供给量，往往采用稍过量的空气或氧气喷射，然而，过量的空气喷射常产生泡沫和使气泡破裂，同样过量的氧气喷射也毒害细胞。另一方面，传统非搅拌式细胞培养反应器由于结构问题，在运动时难以产生较高的培养基表面积，同样影响了氧气的吸收效率。由于此类反应器在氧气供给方面的缺陷，常用较复杂的控制塔和相关的溶氧探头来监控空气或纯氧的喷射，既使操作复杂化，同时也提高了细胞培养及优化的成本。
技术实现要素：
基于此，有必要提供一种供氧能力高、氧气分布均匀、减少细胞损伤并提高细胞培养效率从而降低生产成本的细胞培养反应器。
一种细胞培养反应器，包括罐体、进气管以及取样管，所述罐体具有反应腔以及连通于所述反应腔的进气口、出气口、加样口以及取样口，所述反应腔的尺寸由所述反应腔的底部至顶部逐渐减小，所述反应腔的底面具有锥形凸起，所述进气管的一端位于所述罐体的外部且该端用于与生物反应器连通，所述进气管的另一端通过所述进气口延伸至所述锥形凸起的底部，所述取样管的一端位于所述罐体的外部且该端用于与所述生物反应器连通，所述取样管的另一端通过所述取样口延伸至所述锥形凸起的底部，所述出气口以及所述加样口分别与所述生物反应器连通。
在其中一个实施例中，还包括加样管，所述加样管的一端位于所述罐体的外部且该端用于与生物反应器连通，所述加样管的另一端通过所述加样口延伸至靠近于所述锥形凸起的顶部。
在其中一个实施例中，还包括出气管，所述出气管的一端位于所述罐体的外部且该端用于与所述生物反应器连通，所述出气管的另一端通过所述取样口延伸至所述锥形凸起的底部。
在其中一个实施例中，还包括第一密封塞，所述进气口以及所述出气口合并共用开口，所述进气口以及所述出气口合并形成进出气口，所述第一密封塞密封所述进出气口，所述出气管以及所述进气管均穿设于所述第一密封塞。
在其中一个实施例中，所述加样口位于所述罐体的顶部，所述取样口以及所述进出气口均位于所述罐体侧壁上且所述取样口以及所述进出气口的位置相对。
在其中一个实施例中，还包括第二密封塞，所述第二密封塞密封所述加样口，所述加样管穿设于所述第二密封塞。
在其中一个实施例中，还包括第三密封塞，所述第三密封塞密封所述取样口，所述取样管穿设于所述第三密封塞。
在其中一个实施例中，所述反应腔的底面呈圆形，所述锥形凸起的底面半径与所述反应腔的底面半径相等。
在其中一个实施例中，所述进气管紧贴所述反应腔的内壁延伸至所述锥形凸起的底部，所述取样管紧贴所述反应腔的内壁延伸至所述锥形凸起的底部。
在其中一个实施例中，所述锥形凸起为圆底多棱锥形凸起。
上述的细胞培养反应器，所反应腔的底面具有锥形凸起，进气管连通于进气口并延伸至锥形凸起的底部，取样管连通于取样口并延伸至锥形凸起的底部，通过将氧气喷射到反应腔的底部为培养液中的细胞供氧，在该过程中，氧气逐渐被反应腔底部培养液中的细胞利用，氧气在培养液中上升过程中氧含量逐渐降低，由于反应腔的尺寸由反应腔的底部至顶部逐渐减小，反应腔的尺寸随着高度的升高而逐渐降低，从而使单位体积内培养液的氧气含量基本保持不变，氧气含量分布更为均匀，减少细胞损伤并提高细胞培养效率。上述的细胞培养反应器，供氧能力高，氧气分布均匀，生产成本得以降低。
上述的细胞培养反应器，反应腔的底面具有圆底多棱锥形凸起，在进行转动培养细胞时，反应腔底部的培养液与棱锥碰撞，从而使培养液形成更高的波浪，从而提高气体交换能力，进一步地提高了细胞培养效率。
上述的细胞培养反应器，基于反应腔底面具有的圆底多棱锥形凸起以及反应腔的尺寸由反应腔的底部至顶部逐渐减小的结构，可达到更低浓度的氧气供给，更高效率的细胞培养，减少过量氧气供给对细胞的毒害以及产生的气泡量，从而降低培养成本以及提高培养效率。
附图说明
图1为一实施例所述的细胞培养反应器示意图。
附图标记说明
10、细胞培养反应器；100、罐体；110、反应腔；120、加样颈部；130、取样颈部；140、气口颈部；150、锥形凸起；200、进气管；300、取样管；400、加样管；500、出气管；600、第一密封塞；700、第二密封塞；800、第三密封塞。
具体实施方式
为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
参见图1所示，本实施例涉及了一种细胞培养反应器10。该细胞培养反应器10包括罐体100、进气管200以及取样管300。优选地，取样管300可以是塑料软管。罐体100可以是钢制材料制成。
罐体100具有反应腔110以及连通于反应腔110的进气口、出气口、加样口以及取样口。反应腔110的尺寸由反应腔110的底部至顶部逐渐减小。反应腔110的底面具有锥形凸起150。罐体100整体呈正置平锥体结构。需要说明的是，锥形凸起150为凸起的上部呈锥形的结构，可以是多棱锥结构或者圆锥形结构，多棱锥结构如三棱锥结构、四棱锥结构等。
参见图1所示，进气管200的一端位于罐体100的外部且该端用于与生物反应器连通，进气管200的另一端通过进气口延伸至锥形凸起150的底部。
取样管300的一端位于罐体100的外部且该端用于与生物反应器连通，取样管300的另一端通过取样口延伸至锥形凸起150的底部。
出气口以及加样口分别与生物反应器连通。
参见图1所示，在一个实施例中，上述的细胞培养反应器10还包括加样管400。加样管400的一端位于罐体100的外部且该端用于与生物反应器连通，加样管400的另一端通过加样口延伸至靠近于锥形凸起150的顶部。优选地，加样管400可以是塑料软管。
在一个实施例中，上述的细胞培养反应器10还包括出气管500。出气管500的一端位于罐体100的外部且该端用于与生物反应器连通，出气管500的另一端通过取样口延伸至锥形凸起150的底部。优选地，出气管500可以是塑料软管。
在一个实施例中，上述的细胞培养反应器10还包括第一密封塞600。进气口、出气口合并共用开口，也即进气口、出气口合并共同形成进出气口。第一密封塞600密封进出气口，优选地，第一密封塞600可拆卸式密封进出气口。出气管500以及进气管200均穿设于第一密封塞600。出气管500以及进气管200均与第一密封塞600密封配合。优选地，进气口、出气口呈一体式结构后的进出气口直径为60mm。取样口的直径为60mm。加样口的直径为100mm。
参见图1所示，在一个实施例中，上述的细胞培养反应器10还包括第二密封塞700，第二密封塞700密封加样口，优选地，第二密封塞700可拆卸式密封加样口。加样管400穿设于第二密封塞700，加样管400与第二密封塞700之间密封配合。
在一个实施例中，上述的细胞培养反应器10还包括第三密封塞800，第三密封塞800密封取样口，优选地，第三密封塞800可拆卸式密封取样口。取样管300穿设于第三密封塞800。取样管300与第三密封塞800密封配合。
在一个实施例中，反应腔110的底面呈圆形，锥形凸起150的底面半径与反应腔110的底面半径相等。
优选地，反应腔110的底面半径为200mm，锥形凸起150的底面半径也为200mm。锥形凸起150的的高度为100mm。
在一个实施例中，加样口位于罐体100的顶部。优选地，加样口的边缘朝外延伸有20mm-50mm的加样颈部120。
取样口以及进出气口均位于罐体100侧壁上且取样口以及进出气口的位置相对。优选地，取样口的边缘朝外延伸有30mm-70mm的取样颈部130。优选地，进出气口的边缘朝外延伸有30mm-70mm的气口颈部140。优选地，取样口以及进出气口之间的距离为300mm。
进一步地，进出气口距离罐体100的底部300mm。取样口距离罐体100的底部300mm。
参见图1所示，在一个实施例中，进气管200紧贴反应腔110的内壁延伸至锥形凸起150的底部，取样管300紧贴反应腔110的内壁延伸至锥形凸起150的底部。
在一个实施例中，锥形凸起150为圆底多棱锥形凸起150，例如，圆底三棱锥形凸起150、圆底四棱锥形凸起150、圆底五棱锥形凸起150等。上述的细胞培养反应器10，基于反应腔110底面具有的圆底多棱锥形凸起150以及反应腔110的尺寸由反应腔110的底部至顶部逐渐减小的结构，可达到更低浓度的氧气供给，更高效率的细胞培养，减少过量氧气供给对细胞的毒害以及产生的气泡量，从而降低培养成本以及提高培养效率。上述的细胞培养反应器10，反应腔110的底面具有圆底多棱锥形凸起150，在进行转动培养细胞时，反应腔110底部的培养液与棱锥碰撞，从而使培养液形成更高的波浪，从而提高气体交换能力，进一步地提高了细胞培养效率。
优选地，罐体100的底面向上凹陷，以节约材料，减低细胞培养反应器10的生产成本。
使用上述的细胞培养反应器10培养果蝇S2细胞：
将灭菌后的细胞培养反应器10置于特定的环轨摇晃式生物反应器上，将加样管400、进气管200、出气管500及取样管300分别与生物反应器对应的接口连通。通过加样管400加入15L用于昆虫细胞培养的Sf900II SFM培养基，随后再通过加样管400加入1L果蝇S2细胞培养液，密度为20×106个S2细胞/mL。通过环轨摇晃的方式进行细胞培养，期间通过进气管200通入过滤后的空气，通过出气管500排出交换后的气体。在培养时，细胞培养液会与底部锥形凸起150碰撞，从而形成更高的波浪，提高细胞培养液的表面积，从而提高气体交换能力。培养期间每天从取样管300取出1mL细胞培养液，用于检测细胞密度，在第5天时，细胞密度可达到30×106个S2细胞/mL并进入平台期，第11天后细胞密度开始衰减。而使用传统的生物反应器培养罐培养S2细胞，在第5天时，一般细胞密度只有18-20×106个细胞/mL，至第7至8天进入平台期，在12至13天后细胞密度开始衰减。可见，使用上述的细胞培养反应器10培养果蝇S2细胞相比于传统的生物反应器能够更快达到平台期，也即细胞培养反应器10培养细胞的效率大大提高。
使用上述的细胞培养反应器10培养CHO细胞：
将灭菌后的细胞培养反应器10置于特定的环轨摇晃式生物反应器上，将加样管400、进气管200、出气管500及取样管300分别与生物反应器对应的接口连通。通过加样管400加入12L用于CHO细胞培养的商业化培养基ProCHO5，随后再通过加样管400加入3LCHO细胞培养液，密度为5x106个CHO细胞/mL。该细胞为表达肝细胞生长因子(HGF)的CHO稳定细胞株。通过环轨摇晃的方式进行细胞培养，期间通过进气管200通入过滤后的空气，通过出气管500排出交换后的气体。在培养时，细胞培养液会与底部锥形凸起150部分碰撞，从而形成更高的波浪，提高细胞培养液的表面积，从而提高气体交换能力。在培养7天后，从取样管300取出所有细胞培养液，进行纯化，可获得HGF试剂。而使用传统的生物反应器培养罐培养表达肝细胞生长因子(HGF)的CHO稳定细胞株，细胞密度增长较缓慢，达到平台期所需时间较晚，一般的工艺是培养9-10天后收获细胞培养液进行纯化。可见，使用上述的细胞培养反应器10培养CHO细胞相比于传统的生物反应器能够更快达到纯化所需要的密度，也即细胞培养反应器10培养细胞的效率大大提高。
上述的细胞培养反应器10，所反应腔110的底面具有锥形凸起150，进气管200连通于进气口并延伸至锥形凸起150的底部，取样管300连通于取样口并延伸至锥形凸起150的底部，通过将氧气喷射到反应腔110的底部为培养液中的细胞供氧，在该过程中，氧气逐渐被反应腔110底部培养液中的细胞利用，氧气在培养液中上升过程中氧含量逐渐降低，由于反应腔110的尺寸由反应腔110的底部至顶部逐渐减小，反应腔110的尺寸随着高度的升高而逐渐降低，从而使单位体积内培养液的氧气含量基本保持不变，氧气含量分布更为均匀，减少细胞损伤并提高细胞培养效率。上述的细胞培养反应器10，供氧能力高，氧气分布均匀，生产成本得以降低。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。