本发明涉及生物发酵细胞培养领域，特别是涉及一种活性通气组件及其活性通气式生物反应器和细胞培养器。
背景技术：
一.细胞培养器和生物反应器：细胞培养器为细胞培养的容器，如常用的细胞培养瓶、多层板培养瓶，多层细胞培养器-细胞工厂和细胞培养袋(透气不透水的膜材料)等，由于液面较低(1-2ml/cm2)，无需混合即可满足氧气和营养物质的传递，通常置于培养箱内采取静止式培养即可，操作简单。所谓生物反应器，是指生物细胞及其生物活性物质化学反应的容器，通常需要驱动内部反应液流动混合来实现氧气或和营养物质的传递，例如搅拌罐生物反应器、软膜袋生物反应器(不透气不透水的阻隔性膜材料)和气升式生物反应器等悬浮培养式的生物反应器。从通气和气体交换的方式上看，小型的细胞培养容器和生物反应器的气体交换是通过容器盖与管口之间的通气间隙或盖上的微孔透气滤菌膜来实现容器内外气体交换，而静止培养的细胞培养袋则通过其自身透气不透水膜的气体弥散来实现袋内外气体交换，这种通气方式为常压下的自行通气的方式；对于较大规模的细胞培养器(譬如40层以上)，较大规模的搅拌式生物反应器，波浪式软膜生物反应器以及气升式生物反应器，自行通气不能满足其对通气的要求，则需要活性通气式(或者称主动通气式)发酵和培养，即向培养器和反应器内正压鼓进含氧高的新鲜气体，排出容含二氧化碳高的代谢气体，其中软膜袋生物反应器(像熟知的波浪式软膜袋生物反应器)除利用活性通气满足代谢所需气体交换的要求外，还需要利用活性通气的正压保持袋内三维内腔，而气升式生物反应器不论规模大小均需要活性通气，通过从底部鼓入气体的上升推动反应液上下混合来实现气体交换和营养物质的传递。二.生物培养箱及其气体调控：生物培养箱包括有利用洁净的环境空气的恒温培养箱，利用洁净的环境空气和一定比例的二氧化碳气体的二氧化碳培养箱，以及利用洁净的o2、co2和n2一定比例的混合气体的三气培养箱三种类型。哺乳类动物细胞生长的内环境中除需要氧气外还需要存在一定分压的二氧化碳以保持稳定的ph以及满足细胞的某些活动。培养箱中的二氧化碳需要维持在2～10％之间，通常5％以保持培养液中溶解的二氧化碳的浓度。由于空气中的二氧化碳浓度很低，如果细胞不在二氧化碳培养箱中培养，培养液中的hco3-会被耗尽，这样会影响细胞的正常生长。所以绝大多数动物细胞的培养需要二氧化碳培养箱或三气培养箱。要实现精确的气体比例配制，对满足不同细胞的生长十分重要，co2及o2传感器技术成熟，一般配备co2和o2两种传感器，氮气＝100％-co2浓度-o2浓度。要实现培养箱内气体的监测和调控。对于co2培养箱来说，利用环境洁净空气中的氧气，不需要测定氧气浓度，只测定和控制co2浓度即可，箱内要设置有co2传感器和控制器检测箱内co2浓度，并将检测结果传递给控制电器及电磁阀等控制器件，当检测到箱内co2浓度偏低时，就会自动打开电磁阀，co2进入箱体内，直到co2浓度达到所设置的浓度，电磁阀才会关闭，箱内co2切断，达到稳定的状态。气体混合泵将箱内底部co2气体与空气充分混合，均匀后，再次注入箱内，避免了co2的分层或不均匀的现象。如果要控制氧气浓度，二氧化碳培养箱无法培养需要高氧(高于22％)或低氧(低于20％)的环境，需要使用三气培养箱，就是在传统二氧化碳培养箱的基础上增加了氧气和氮气并配置专门的氧气浓度探头。箱内设置o2气体浓度检测的氧气传感器和电磁阀控制器。目前，二氧化碳培养箱和三气培养箱是目前生物医药领域实验室普遍使用的设备，也是co2和o2气体检测和调控最精确的设备之一。
三.现有的活性通气方式：现有的活性通气式细胞培养器(如多层细胞培养器-细胞工厂)和生物反应器(如搅拌罐反应器、软膜反应器、气升反应器等)的通气方式通常是将外部气源的气体，如储存气钢瓶的压缩气体，或气体压缩机产生的气体，经过滤器过滤，测定并混合不同气体成分的比例，正压输入生物发酵培养器或生物反应器内，同时将其内部气体排出所实现的，现有活性通气的特征是全气过滤一过性排出式，为了防止出气管口端的细菌污染，在出气口端也设置有除菌过滤器。现有的活性通气系统的缺点是需要正压的气源，进气口端和出气口端均需要设置死端过滤式除菌过滤器，需要氧气o2和co2传感器和气体混合器，压力和流量的控制器以确保各种气体比例准确，有时还需要在出气口滤器上需要在气体排出口设置加热器以防大量带水蒸汽气体排出时堵塞滤膜的问题，因此，现有的生物反应器和细胞培养器的活性通气系统不仅价格昂贵而且操作复杂，特别不适合小规模(培养箱规模)的生物发酵和细胞培养。此外，持续的一过性排除气体，也造成洁净气体的浪费。
四.蠕动泵的流体的输送：蠕动泵又称软管泵，包括蠕动泵电机驱动器，蠕动泵泵头和蠕动泵泵管3部分，电机驱动器为蠕动泵的动力部分，蠕动泵泵头具有管卡蠕动泵泵管的卡槽，内设的由驱动器驱动的转子上设置有多个(通常2-3个)辊轮，蠕动泵泵管为高弹性耐挤压的软管，当电机驱动器带动转子旋转时，辊轮反复挤压蠕动泵泵管，从而挤压驱动管内的流体(液体或者气体)向一个方向流动，最大的优点是非介入无污染的气体或液体输送，也是所有泵类中，唯一非介入无污染的气体或液体输送泵，特别在生物医药领域受到广泛应用。五.摇床：摇床是通过震荡和摇动实现容器内液体混合的常用设备，在生物发酵和细胞培养领域，特别对小型生物反应器应用十分广泛，通常使用摇床摇动和震荡驱动生物反应器内部反应培养液非介入式混合，从而实现营养物质的传递和气体在气液界面的交换。摇床根据其摇动的方式分为平面回旋震荡摇床，三维摇床和跷跷板摇床等不同种类，可根据不同反应器的结构选择效率高剪切力小的适合摇床。
本发明需要解决的问题：利用现有设备，例如二氧化碳培养箱和三气培养箱对气体比例的精确调控以及利用蠕动泵对气体的非介入无污染的输送，研发出新型活性通气装置和新型活性通气式生物反应器和细胞培养器，以解决现有的一过性排出式的活性通气生物反应器和细胞培养器需要昂贵复杂的气体调控系统和复杂操作的问题。
技术实现要素：
本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供了一种无需单独的复杂昂贵的气体过滤，co2及o2传感器和控制器，气体混合器，压力和流量控制系统，节省气体不需要气体流量控制系统，仅利用现有的培养箱例如二氧化碳培养箱或三气培养箱对气体的自动调控和摇床驱动的混合以及蠕动泵的非介入气体输送，研发出活性通气组件及其活性通气式生物反应器和细胞培养器。
为了实现上述目的，本发明的活性通气组件以及活性通气式生物反应器和细胞培养器采用如下方案：
所述的活性通气组件包括内部气流通道相连通的至少三部分元件：
气体交换器，所述气体交换器为具有内部气流通道且串联连通于导气管两管段之间的腔体，所述腔体的至少一个壁面上密封设置有允许气体透过以实现腔体内外气体交换但阻挡细菌透过的微孔透气滤菌膜；
蠕动泵泵管，所述蠕动泵泵管为蠕动泵泵头管卡和挤压驱动其内部气体流动的弹性软管管段；
导气管，所述导气管为连通所述蠕动泵泵管与所述气体交换器之间以及二者分别与待用的生物反应器或细胞培养器的进气管和出气管之间的气体传输管道。
所述气体交换器为由两层所述的微孔透气滤菌膜融合而成的具有内部气流通道的微孔透气滤菌袋腔体，所述微孔透气滤菌袋的两端融合有连通管嘴，所述连通管嘴与导气管之间通过紧密配合连接或一体化融合连接。
所述气体交换器为由两层所述的微孔透气滤菌膜融合而成的具有内部气流通道的微孔透气滤菌袋腔体，所述微孔透气滤菌袋的一端融合有两个连通管嘴，两个连通管嘴之间的两层软膜向袋内融合延伸形成与两个连通管嘴相连通的u形气流通道，所述连通管嘴与导气管之间通过紧密配合连接或一体化融合连接。
所述气体交换器为设置有透气滤菌膜密封的透气窗的两层阻隔性软膜融合而成的具有内部气流通道的微孔透气滤菌袋腔体，所述微孔透气滤菌袋两端融合有连通管嘴，所述连通管嘴与导气管之间通过紧密配合连接或一体化融合连接。
所述气体交换器为设置有透气滤菌膜密封的透气窗的两层阻隔性软膜融合而成的具有内部气流通道的微孔透气滤菌袋腔体，所述微孔透气滤菌袋的一端融合有两个连通管嘴，两个连通管嘴之间的两层软膜向袋内融合延伸形成与两个连通管嘴相连通的u形气流通道，所述连通管嘴与导气管之间通过紧密配合连接或一体化融合连接。
所述气体交换器为两端带连接管嘴的硬质材料的支撑框架上密封融合有所述微孔透气滤菌膜而成的硬质骨架腔体，所述连通管嘴与导气管之间通过紧密配合连接。
所述微孔透气滤菌膜的外面附设有带通气孔网起支持保护微孔透气滤菌膜作用的网孔片。
所述的导气管通过三通接头或多通接头并联或串联连通两个或以上气体交换器以增加气体交换效率，或并联或串联连通两个或以上的生物反应器或细胞培养器以增加培养规模。
所述的导气管在气体交换器与所述生物反应器或细胞培养器的出气管之间的管段上设置有通过调节管径大小而调节所述生物反应器或细胞培养器内部气压的气压调节器。
所述的活性通气式生物反应器配置有所述的活性通气组件；所述的生物反应器为波浪式生物反应器，气升式生物反应器，摇瓶生物反应器和搅拌式生物反应器，所述生物反应器上设置有供气体进出的进气管和出气管，所述活性通气组件的导气管与所述生物反应器的进气管和出气管相连通形成气流通道闭合环路。
所述生物反应器为软膜生物反应器，所述软膜生物反应器为由2层软膜融合而成的平面(2d)软膜生物反应器，或三维(3d)软膜生物反应器，所述三维(3d)软膜生物反应器为其融合圈内的2层软膜中至少1层软膜的表面积大于融合圈所围成的平面面积5％以上。
所述的软膜生物反应器的进气管和出气管贯通融合于所述软膜反应器的两层软膜的融合边，或贯通融合于平面软膜上，或贯通融合于软膜袋的管口所配置的管口盖上，所述贯通融合于管口盖的进气管和出气管分别设置于不同的管口盖或同一管口盖，设置于同一管口盖的进气管和出气管延伸入管口内或反应器内不同的深度。
所述软膜生物反应器为通过摇动驱使内部液体形成波浪而实现液体混合和气体交换的波浪式软膜生物反应器。
所述软膜生物反应器为通过向其内部反应液曝气而实现液体混合和气体交换的气升式软膜生物反应器，所述气升式软膜生物反应器的进气管在袋内连通设置有延伸至反应器底部带细小的曝气孔的曝气管。
所述的活性通气式细胞培养器配置有所述的活性通气组件，所述的细胞培养器为单层细胞培养容器-培养瓶或多层的硬质塑料细胞培养容器-细胞工厂，所述单层或多层的硬质塑料细胞培养器具有一个或多个培养器管口，所述培养器管口上配置有管口盖，在所述管口盖上贯通设置有进气管或/和出气管，所述进气管和出气管可设置于同一管口盖或分别设置于不同的管口盖，设置于同一管口盖的进气管和出气管延伸入管口内或反应器内不同的深度，所述活性通气组件的导气管分别与细胞培养器的进气管和出气管通过相连通形成气流通道的闭合环路。
本发明的意义：采用了本发明的活性通气式生物反应器和细胞培养器，为循环式气体交换，其气流管路上无需复杂的压力和流量控制系统以及对全部气体的过滤，细胞培养器或生物反应器内外的气体成分，譬如氧气o2和二氧化碳气co2的分压与周围环境气体，通过气体交换器的滤膜气体分压差弥散实现气体交换，节省气体，培养液不蒸发，不堵塞滤膜，可以利用培养箱精确控制的温度、气体配置比例，最佳的湿度气体环境，不需要单独的昂贵的气体流量控制系统。将本发明的活性通气组件或气体交换器置于co2培养箱或三气培养箱内使用，利用培养箱的气体传感器和控制器精确调节箱内气体比例，实现生物反应器和细胞培养器的活性通气式发酵培养，既节省复设备和气体又操作简单。
附图说明
图1为活性通气式生物反应器实施例1的整体结构示意图。
图2为实施例1的活性通气组件1的结构示意图。
图3为实施例1的气体交换器1结构示意图。
图4为实施例1的气体交换器2结构示意图。
图5为实施例1的气体交换器3的结构示意图。
图6为实施例1的气体交换器4的结构示意图。
图7为实施例1的气体交换器5的结构示意图。
图8为实施例1的气体交换器6的结构示意图。
图9为实施例1的气体交换器7的结构示意图。
图10为实施例1的活性通气组件2的结构示意图。
图11为实施例1的生物反应器的管口盖的结构示意图。
图12为活性通气式生物反应器实施例1的使用示意图。
图13为活性通气式生物反应器实施例2的整体结构示意图。
图14为活性通气式生物反应器实施例2的使用示意图。
图15为活性通气式生物反应器实施例3的整体结构示意图。
图16为活性通气式生物反应器实施例4的整体结构示意图。
图17为活性通气式生物反应器实施例5的整体结构示意图。
图18为活性通气式细胞培养器实施例1的结构示意图。
图19为活性通气式细胞培养器实施例2的结构示意图。
图20为活性通气式生物反应器和细胞培养器的二氧化碳/三气培养箱外使用示意图。
附图标记：
1气体交换器2蠕动泵泵管3导气管4气压调节器5平面软膜波浪生物反应器(平面管口)6蠕动泵泵头7连接管嘴8支撑框9微孔透气滤菌膜10网孔片11管口盖12进气管13出气管14固定夹15摇床平台16摇床17蠕动泵电机驱动器18转子19辊轮20平面软膜波浪生物反应器(融合边管口)21三通管22平面软膜气升生物反应器(平面管口)23液体进出管24曝气管25三维软膜波浪生物反应器(平面管口)26硬片壳托27l形支架28培养瓶29多层细胞培养器30二氧化碳/三气培养箱31恒温摇床32融合圈33滤菌膜融合边34连接接头35三维软膜波浪生物反应器(融合边管口)
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。活性通气式生物反应器实施例1(图1-12)
图1所示的是活性通气式生物反应器实施例1整体结构示意图，由活性通气组件和生物反应器两部分组成。活性通气组件由内部气流通道相连通的3部分元件组成，包括气体交换器1，蠕动泵泵管2和导气管3。气体交换器1为具有内部气流通道且串联连通于导气管3两管段之间的腔体，由带连接管嘴7的硬质支撑框8上密封融合允许气体透过以实现腔体内外气体交换但阻挡细菌透过的微孔透气滤菌膜9而成，呈扁盒状，两端设置有连接管嘴7与导气管3紧密配合连通。蠕动泵泵管2为蠕动泵泵头6管卡和挤压驱动其内部气体流动的弹性软管管段。蠕动泵泵管2管卡于蠕动泵泵头6的卡槽内，电机驱动器17驱动转子18旋转，转子18上设置有辊轮19，转子18旋转带动辊轮19反复挤压蠕动泵泵管2，驱动其内部气体通过导气管3向软膜反应器内循环流动。导气管3为连通蠕动泵泵管2与气体交换器1之间以及二者分别与平面软膜波浪生物反应器5的进气管12和出气管13之间的气体传输管道。平面软膜波浪生物反应器5由两层平面软膜周边融合且在上层软膜上融合反应器管口而成，周边融合处形成融合圈32。在反应器管口上螺纹配合有管口盖11，管口盖11上贯通设置有进气管12或出气管13。在气体交换器1与出气管13之间的导气管3的管路上设置有袋内气压调节器4，通过调节导气管3的口径调整软膜袋保持鼓起状态和内部气压，在蠕动泵泵管2与导气管3之间通过连接接头34相连通。
在一种较佳地实施方式中，如图3所示，的气体交换器1为一体化热塑成型的带连接管嘴7的支撑框8和上下两面密封设置的微孔透气滤菌膜9融合构成的3层结构，呈扁盒形状。
在另一种较佳地实施方式中，如图4所示，气体交换器1为在图3的结构基础上，附设有支持保护微孔透气滤菌膜的上、下网孔片10构成的5层结构。
在另一种较佳地实施方式中，如图5所示，气体交换器1为一体化热塑成型的带连接管嘴7的圆筒状支撑框8，连接管嘴7设置在筒周壁上，筒端面上密封设置有微孔透气滤菌膜9并在微孔透气滤菌膜外附设有支持保护微孔透气滤菌膜的网孔片10。
在另一种较佳地实施方式中，如图6所示，气体交换器1为一体化热塑成型的带连接管嘴7的圆筒状支撑框8，连接管嘴7设置在筒端壁上，筒周壁上设置有微孔透气滤菌膜9，微孔透气滤菌膜9外附设有支持保护微孔透气滤菌膜的网孔片10。
在另一种较佳地实施方式中，如图7所示，气体交换器1为由两层所述的微孔透气滤菌膜9融合而成的具有内部气流通道的微孔透气滤菌膜袋，所述微孔透气滤菌膜袋两端融合有连通管嘴7。
在另一种较佳地实施方式中，如图8所示，气体交换器1为设置有透气滤菌膜9密封的透气窗的两层阻隔性软膜融合而成的具有内部气流通道的微孔透气滤菌袋腔体，在阻隔性软膜的透气窗与透气滤菌膜9融合处，形成滤菌膜融合边33，所述微孔透气滤菌袋两端融合有连通管嘴7。
在另一种较佳地实施方式中，如图9.所示，气体交换器1为设置有微孔透气滤菌膜9密封的透气窗的两层阻隔性软膜融合而成的具有内部气流通道的微孔透气滤菌袋腔体，在阻隔性软膜的透气窗与透气滤菌膜9融合处，形成滤菌膜融合边33，所述微孔透气滤菌袋的一端融合有两个连通管嘴7，两个连通管嘴7之间的两层软膜向袋内融合延伸形成与两个连通管嘴7相连通的u形气流通道。
在另一种较佳地实施方式中，如图10所示，为实施例1的活性通气组件结构示意图2，与活性通气组件结构示意图1的不同之处是蠕动泵泵管2和导气管3之间为一体化连通，即蠕动泵泵管2和导气管3同为蠕动泵泵管材质的弹性软管，从功能上定义蠕动泵泵管与导气管的区别，即蠕动泵泵头所管卡的弹性软管段定义为蠕动泵泵管，而在蠕动泵泵头所管卡以外的所有弹性软管则定义为导气管，而非从材质上为蠕动泵泵管材质结构上定义。导气管3为蠕动泵泵头管卡和挤压驱动内部气体流动的管段以外起连通气流通道作用的管道，即使材质上为蠕动泵泵管，仍定义为导气管。
图11所示为实施例1的活性通气式生物反应器管口上配合的管口盖11的结构示意图，管口盖11上贯通设置有进气管12和出气管13，二者在管口盖内延伸深度不同。当然，在其它的实施中，进气管12和出气管13也可分别设置在两个不同的管口盖上。
图12所示为实施例1活性通气式波浪式软膜生物反应器的在摇床上的使用示意图，使用时，将软膜反应器固定于固定框夹14内，置于摇床16的平台15上，将蠕动泵泵管2卡固与蠕动泵泵头6的卡槽内，蠕动泵泵头6安装到摇床的蠕动泵驱动器上，摇床平台15的摇动驱使使内部培养液体形成波浪，从而实现气体与液体交换和混合，故又称波浪生物反应器，在蠕动泵的驱动下，软膜反应器内部气体循环至气体交换器1并在分压差的作用下与外部气体实现跨微孔透气滤菌膜9的弥散交换，气体交换器1外的高氧分压的o2弥散入气体交换器1内，而内部高二氧化碳分压的co2则弥散到气体交换器1外。在气体交换器1与出气管13之间的导气管3上设置的气压调节器4，通过调整导气管3的口径可调整软膜反应器的鼓起状态和内部压力。当置于二氧化碳培养箱或三气培养箱内使用时，可利用培养箱的气体调控系统实现反应器对氧气和二氧化碳气的精确调控，既节省反应器的气体调控设备，又操作方便。
摇床16根据其摇动的方式，分为平面轨道摇床，三维摇床和跷跷板摇床，使用时，可根据培养的细胞，反应器的结构，混合效果和剪切力小选择适合的摇床。微生物培养通常置于普通恒温摇床，当进行动物细胞培养时，需置于co2培养箱或三气培养箱。
蠕动泵泵管2需要置于于蠕动泵泵头6卡槽内的正确方向，即驱动蠕动泵泵管内部气体进入生物反应器或细胞培养器进气管的方向，因为反方向驱动会导致气体从气体交换器的透气滤菌膜滤出，从而影响气体交换效率和软膜生物反应器的鼓起效果。
当需要大量和高效的气体交换时，可采用三通或多通接头通过导气管3可将两个或多个气体交换器1串联或并联以增加气体交换效率，当需要增加培养规模时，可采用三通或多通接头通过导气管3将两个或多个生物反应器串联或并联以增加培养规模。
蠕动泵泵管2的材质需要具有一定弹性，耐磨性，承受压力的能力，一定硬度，气密性好，吸附性低、耐温性好、不易老化、不溶胀、抗腐蚀、析出物低等特点。常用的材料包括：硅橡胶、氟橡胶、特氟龙、橡胶、塑料、合成材料等。
本实施例的带连接管嘴硬质材料的骨架的支撑框由一体化热塑成型而成，也可以通过两层硬片边框与连接管嘴热合而成。
所述的微孔透气滤菌膜9优选疏水性微孔滤膜，孔径0.20μm，用于除菌过滤，如聚四氟乙烯ptfe疏水通气过滤膜，具有透气不透水阻燃、耐高温、抗强酸碱、无毒等特性，常用于通气式细胞培养器和生物反应器的气体除菌过滤和小型静止培养的细胞培养器的弥散式跨膜交换。
气体交换器为具有内部气流通道且串联连通于导气管两管段之间的腔体，所述腔体的至少一个壁面上密封设置有允许气体透过以实现腔体内外气体交换但阻挡细菌透过的微孔透气滤菌膜。气体交换器分为软袋式和硬质支撑框式两种，软袋式气体交换器可为两层微孔透气滤菌膜与连通管嘴融合而成的微孔透气滤菌膜袋，也可为两层阻隔性软膜与连通管嘴融合而成的隔性性软膜袋，所述隔性性软膜袋上冲切有透气窗，所述透气窗上融合有微孔透气滤菌膜9；硬质支撑框式气体交换器为带连接管嘴的硬质支撑框上密封融合有微孔透气滤菌膜而成，可呈扁盒状或筒管状等任意几何形状硬质骨架的腔体。
微孔透气滤菌膜袋式的气体交换器的连通管嘴与导气管之间通过紧密配合连通或一体化融合连通，所述的一体化融合连通即为导气管与软膜袋的直接融合连通。
本实施例的软膜生物反应器没有设置专门的液体进出管，培养液料通过打开管口盖通过管口注入和移出。当规模较大的软膜生物反应器需要在软膜袋上设置专门的液体进出管或通过3通管与进气管连通设置液体进出管。
本实施例1中，气体交换器1的微孔透气滤菌膜9的外表面附着设置有具有支持保护微孔透气滤菌膜的带网孔的网孔片10，微孔透气滤菌膜9可经超声融合到网孔片10的内面。在其它的实施中，微孔透气滤菌膜袋式的气体交换器的外面也可设置有支持和保护微孔透气滤菌膜的网孔片。
在一种较佳地实施方式中，在气体交换器1与软膜生物反应器出气管13之间的导气管3上设置的气压调节器4，通过调整导气管3的管径大小可调整软膜反应器的鼓起状态和内部压力。
所述的气体交换器可以处于大气环境中的恒温培养箱/室中进行微生物的发酵培养，但对于动物细胞的培养则需要置于二氧化碳培养箱或三气培养箱所提供的气体环境中使用。气体交换器内外的气体在气体分压差的作用下，通过气体交换器的滤膜气体弥散，实现气体交换，利用二氧化碳培养箱或三气培养箱的气体传感器和控制器调节箱内气体比例，无需复杂的压力和流量控制系统和过滤器。
活性通气式生物反应器实施例2(图13-14)
图13为本发明提供的活性通气式生物反应器的实施例2的整体结构示意图，与实施例1结构的不同之处是软膜生物反应器为管口融合于软膜融合边的输液袋结构的平面软膜波浪生物反应器20，本实施例除软膜生物反应器融合边上贯通融合有进气管12，出气管13和液体进出管23，其它结构同实施例1。
图14为本发明提供的活性通气式生物反应器的实施例2的使用示意图，输液袋结构的软膜生物反应器20由固定夹14固定，通过l形支架27倾斜置于摇床平台15上使用，以防培养液进入出气管，其它使用方式同实施例1，也是通过波浪机制的液体混合和在气液面的气体交换机制实现的。
本实施例的优点是可利用医疗领域广泛应用的输液袋配置活性通气组件形成新型的活性通气式软膜生物反应器。输液袋是普遍应用的医疗用品，具有无毒无害无致热源，密封好，无渗漏，无菌等优点，与本发明的活性通气组件组合，可用于悬浮培养。当然，也可用与输液袋结构类似的软膜袋，如输血袋和尿袋等。利用输液袋或输液袋结构类似的软膜袋进行细胞培养，最大的障碍是活性通气系统，利用传统的钢瓶排出式透气，需要气体比例压力流量过滤除菌等复杂昂贵的设备，本发明解决了此问题。
活性通气式生物反应器实施例3(图15)
图15所示为活性通气式软膜生物反应器(气升生物反应器)实施例3整体示意图，本实施例除软膜生物反应器的结构基本相同之处同是平面软膜管口，管口盖上设置有进气管12，出气管13，不同之处是通过3通管在进气管12上连通有液体进出管23，在进气管12在袋内设置有延伸到底部布满曝气微孔的曝气管24，通过蠕动泵驱动蠕动泵泵管内气体循环流动至曝气管24，喷出微气泡，微气泡上升，造成液体密度降低，两侧的高密度气体补充，因此形成液体上下循环混合并实现气体交换，因此实施例3的软膜生物反应器为不需要摇床震荡摇动实现液体上下循环混合和气体交换的气升式软膜生物反应器。
活性通气式软膜生物反应器实施例4(图16)
图16所示活性通气式生物反应器整体结构示意图，本实施例的生物反应器为三维3d软膜生物反应器，所谓3d软膜反应器为融合圈内的两层软膜至少1层其表面积大于融合圈32所围成的平面面积5％以上，形成单面三维软膜生物反应器和双面三维软膜生物反应器，本实施例的三维软膜波浪生物反应器25，上层软膜为平面软膜，软膜上贯通融合有同实施例1和3相同的反应器管口配置有管口盖11，其下层软膜为三维软膜，为经热塑成型而成半球形软膜腔体，三维软膜波浪生物反应器25配合有同一模具硬片经与三维软膜热塑成型的3d硬片壳托26。本实施例其它活性通气组件及其它结构与实施例1相同，由于本实施例的三维软膜生物反应器(单面三维软膜)结构类似硬质的倒圆锥底或半球形摇瓶，因此采用平面回旋摇床摇动混合，与传统的摇瓶相比，具有高效简单的通气系统和一次性使用的优点。
活性通气式三维软膜生物反应器实施例5(图17)
图17为活性通气式生物反应器实施例5的结构示意图，本实施例的生物反应器两层软膜均有热塑成型的三维软膜构成的双面三维软膜波浪生物反应器35，即两层软膜的面积均大于融合圈所围绕的平面面积。活性通气组件的进气管12和出气管13以及液体进出管23融合在融合圈32上，双面三维软膜反应器25下面配合有硬片经与三维软膜同一模具热塑成型的3d硬片壳托26，3d硬片壳托26坐落在l形支架上使双面三维软膜波浪生物反应器25倾置在摇床平台上以防液体灌回出气管13。本实施例除软膜生物反应器的结构与实施例1不同外，活性通气组件的结构和气体循环交换原理同实施例1.2，4和5相同。
在其它的活性通气式生物反应器实施中，活性通气组件可与其它不同生物反应器组合，生物反应器可以是摇瓶生物反应器，包括锥形瓶和锥底瓶，也可以是搅拌罐，包括磁力驱动的搅拌罐和机械传动的搅拌罐。
活性通气式细胞培养器实施例1(图18所示)
图18所示为活性通气式细胞培养器实施例1整体示意图，细胞培养器为单层细胞培养瓶28，单层细胞培养瓶28的管口上配置有管口盖11，管口盖11上贯通设置有进气管12和出气管13，12和出气管13在管口盖内的高度在不同的平面上。单层细胞培养瓶28配置的活性通气组件同上述活性通气式生物反应器1-5所配置的活性通气组件相同，活性通气组件的蠕动泵泵管卡在蠕动泵泵头6的卡槽内，蠕动泵泵头6装配在蠕动泵驱动器上。在气体交换器1与细胞培养瓶28的出气管13之间的导气管3的管段上设置有气压调节器4，通过气压调节器4调节导气管3的口径大小调节通过调节细胞培养瓶28内的气压，从而造成高压培养环境。本实施例的活性通气式单层细胞培养瓶主要用于用于高压环境的细胞培养模型的研究，例如模拟高眼压对眼内细胞，高血压对血管内皮细胞以及高颅压对神经细胞的影响研究。
活性通气式细胞培养器实施例2(图19)
图19活性通气式细胞培养器实施例2整体示意图，本实施例的细胞培养器为多层细胞培养器，例如细胞工厂，本实施例的活性通气组件的结构与活性通气式生物反应器实施例1-5以及活性通气式细胞培养器实施例1完全相同，本实施例多层细胞培养器的进气管12和出气管13分别设置在多层细胞培养器的2个管口盖上并分别与导气管3连通形成闭合环路。本实施例的活性通气式多层细胞培养器主要用于大规模的细胞培养和生物技术产品的生产，与传统的活性通气式多层细胞培养器相比，可利用二氧化碳培养箱或三气培养箱培养，省去气体过滤、比例调节流量压力控制系统昂贵的设备和复杂的操作。
活性通气式生物反应器和细胞培养器co2/三气培养箱外使用实施例8(图20)
图20所示活性通气式生物反应器和细胞培养器co2/三气培养箱外使用整体示意图，当细胞培养器或生物反应器体积过大(大于培养箱容纳体积时)或过多超过co2/三气培养箱的容纳能力时，或蠕动泵或/和摇床的体积和功率过大产热影响培养箱温控时，当使用的生物反应器和细胞培养器的体积过大，摇床和蠕动泵体积或产热过大影响二氧化碳和三气培养箱的温控，不宜置于二氧化碳和三气培养箱的潮湿环境等情况下，可采取下列4种不同解决方式：1)将活性通气组件及其连通的生物反应器或细胞培养器均置于二氧化碳培养箱或三气培养箱内；2)通过导气管穿过箱室通透孔/装配孔或培养箱门密封间隙将蠕动泵(包括泵管，泵头和电机驱动器)置于二氧化碳培养箱或三气培养箱外，其余通过导气管置于培养箱内；3)将活性通气组件的气体交换器和蠕动泵泵管(包括蠕动泵泵头和电机驱动器)置于二氧化碳培养箱或三气培养箱内，而将待用的细胞培养器或生物反应器通过导气管跨所述培养箱30门密封间隙置于二氧化碳培养箱或三气培养箱外使用；4)仅将气体交换器1置于二氧化碳培养箱或三气培养箱内，其余设备置于co2/三气培养箱外的恒温室使用，图20所示将包括大型生物反应器25，多层细胞培养器29，大型蠕动泵17具有多通道蠕动泵泵头，以及大型恒温摇床31等均通过导气管跨所述培养箱门密封间隙置于二氧化碳培养箱或三气培养箱外的使用示意图，实现了大型普通恒温室和大型恒温培养箱可以借助小型co2/三气培养箱培养动物细胞的突破。
串联和并联使用：导气管通过三通接头或多通接头分枝出多个导气管将所述的两个或多个气体交换器之间通过并联或串联的方式相连接以增加气体交换表面积或将两个或以上的细胞培养器或生物反应器的进、出气管串联或并联连通以增加培养规模。
蠕动泵：蠕动泵是生物医药领域广泛应用的流体(液体和气体)输送装置，最大优点是无介入无污染管内流体。蠕动泵包括驱动器，泵头和泵管三部分，其中驱动器通常为电机驱动的转子，蠕动泵泵头包括管卡蠕动泵泵管的泵壳以及挤压泵管的辊轮，泵管为由蠕动泵泵头管卡并驱动其内部流体流动高弹性的软管管段。
软膜生物反应器的进气管和出气管以及液体进出管通常贯通融合于软膜融合边，或者上层平面软膜，或者贯通融合于平面软膜的管口所配合的管口盖上3种方式与软膜反应器连通。
管口融合于融合边的呈输液袋结构的融合边管口，管口贯通融合于软膜上的为膜面管口
本发明提供了一种活性通气培养式细胞培养器，所述的细胞培养器配置有所述的应用于细胞培养器和/或生物反应器中的活性通气组件、或所述的应用于细胞培养器和/或生物反应器中的气体交换系统。
本发明的活性通气组件除应用域上述列举波浪生物反应器，气升生物反应器和细胞培养器外，也适用于摇瓶生物反应器，搅拌式生物反应器，将发明的活性通气组件配置于现有的摇瓶生物反应器，搅拌式生物反应器形成活性通气摇瓶生物反应器和搅拌式生物反应器，本说明书未一一图片列举，但其和活性通气组件的结构和工作原理与实施列举的实施例相同。
在一种较佳地实施方式中，所述的细胞培养器为细胞培养瓶、单层或多层细胞培养器。
本发明提供了一种生物反应器，所述的生物反应器配置有所述的应用于细胞培养器和/或生物反应器中的活性通气组件以及应用于细胞培养器和/或生物反应器中的活性通气循环气体交换系统，循环式气体交换系统串联于通气式生物反应器或细胞培养器的进气管和出气管之间形成闭合环路，可以在蠕动泵的驱动下内部气体循环，将本发明的循环式气体交换器置于co2培养箱或三气培养箱内，利用培养箱的气体传感器和控制器调节箱内气体比例，仅生物发酵培养器或生物反应器内外分压差不同的气体成分跨过气体交换器滤膜弥散交换，实现细胞培养器或生物反应器的通气式发酵培养，既节省复设备和气体又操作简单。
气体传感器是监测气体浓度的探头，包括气源气体成分的浓度和进入细胞培养器或生物反应器内以及培养箱内的气体成分的浓度，控制器是控制进入细胞培养器或生物反应器内以及培养箱内气体流量的阀门。现有的通气式细胞培养器或生物反应器需要特别配置气体过滤器、传感器和控制器，本发明的活性透气组件的循环式气体交换器置于生物实验室广泛应用的培养箱内使用，不仅省去这些与通气式细胞培养器或生物反应器特别配置的昂贵设备，而且省去这些繁琐的操作程序。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。