一种管道式贴壁细胞培养驯化装置的制作方法

本实用新型涉及动物细胞培养设备技术领域，尤其是涉及一种管道式贴壁细胞培养驯化装置。

背景技术：

从20世纪50年代初，动物细胞培养生产病毒的技术问世，到大量细胞培养生产的产品出现的近100年时间内，动物细胞培养技术经历了曲折发展。而基于动物细胞培养技术的大规模细胞培养生物反应器往往是病毒疫苗，蛋白酶，干扰素，抗体等生物制品的生产工艺核心。目前行业主要采用的生物反应器有以下缺点：

1一次性生物反应器：以Corning十层细胞工厂3271为例。细胞工厂通常要放在非常水平的架子上培养细胞。细胞工厂这种密闭环境通常需要转移到无菌室的生物安全柜中进行操作，在接种细胞、PBS涮洗、灌注营养液、接种病毒、收获并冲洗残留等多次操作环节增加污染风险，增加人工成本。且培养基回流容易堵塞空气滤膜，无法调控气体分压。同时细胞工厂又是一次性耗材，用于工业生产造价过高。

2微载体生物反应器：培养并不直观，无法观测培养实况。微载体使用量增加细胞产量并不会增加，反而毒性随之增加。微载体必须通过不断搅拌才能保证微载体处于悬浮状态，因此造成细胞剪切力，影响细胞产量。同时设备的购买和维护成本高昂。

3悬浮细胞生物反应器：培养并不直观，无法观测培养实况。对细胞要求很苛刻，有时需要对贴壁细胞进行基因编辑，用于病毒疫苗等生物制品生产的安全性无法保障，并且增加研发周期。同时细胞和培养液分离复杂，改变实验条件相对较难。

4 滚动培养瓶：滚动培养瓶清洗繁琐，对细胞进行传代需更换培养基。这些步骤不仅增加工作量，也增大了细胞污染的风险。培养基体积与细胞密度比例过高，培养基成本高昂。

综上所述，如果能在细胞培养生物反应器的自动化水平，人员设备成本，对细胞的苛刻要求，减少有污染风险的操作，动态监测方面上进行优化改进，必将大大缩减产品的生产成本，提高产品的质量品质。

技术实现要素：

本实用新型的目的旨在克服现有技术存在的不足，提供了一种可降低生产成本且产品质量高的管道式贴壁细胞培养驯化装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种管道式贴壁细胞培养驯化装置，包括第一蠕动泵，细胞培养管，气罐，第一空气过滤器，第二空气过滤器，循环桶，曝气网，气泵，以及上样桶；所述细胞培养管为扁管，采用透明材料制成，其两端设置收缩构成连接部；所述细胞培养管的一端连接有第一管道，另一端连接有第二管道；所述第一管道的另一端伸入循环桶内、并接近循环桶的底部；所述第一管道上设置有第八阀门；所述第一管道上、位于细胞培养管及第八阀门之间设置有支管，所述支管上依次设置有第五阀门、第六阀门及第七阀门；所述第二管道上、沿第二管道与细胞培养管连接一端至另一端依次设置有第一阀门及第一蠕动泵；所述循环桶上插接有第三管道及第一进气管，所述第三管道位于循环桶内的一端接近循环桶的底部；所述曝气网连接于第一进气管位于循环桶内的一端；所述第一进气管位于循环桶外的一端与气罐连接；所述第一空气过滤器安装于第一进气管上；所述上样桶内插接有第四管道及第二进气管，所述第三管道位于上样桶内的一端接近上样桶的底部；所述第二进气管位于上样桶外的一端与气泵连接；所述第二空气过滤器安装于第二进气管上；所述第二管道上、接近细胞培养管的一端通过四通接头分别连接有第二阀门、第三阀门及第四阀门；所述第二管道远离细胞培养管的一端、第三管道位于循环桶外的一端以及第四管道位于上样桶外的一端通过三通接头连接，且连接处依次设置有第十阀门、第九阀门和第十一阀门。

优选的是，其还包括连接于第二管道上、接近第一阀门处的梯度驯化细胞组件；该梯度驯化细胞组件包括第一梯度上样桶，第二梯度上样桶，第二蠕动泵，第三蠕动泵及混匀器；所述第一梯度上样桶上插接有第五管道及第三进气管，所述第五管道位于第一梯度上样桶内的一端接近第一梯度上样桶的底部，另一端与混匀器下部连通，所述第二蠕动泵安装于第五管道上；所述第二梯度上样桶上插接有第六管道及第四进气管，所述第六管道位于第二梯度上样桶内的一端接近第二梯度上样桶的底部，另一端与混匀器下部连通，所述第三蠕动泵安装于第六管道上；所述混匀器的上端与第二管道连通。

优选的是，其还包括用于细胞培养管消毒的紫外灯。

优选的是，所述细胞培养管为多根，通过连接软管依次串联。

优选的是，所述气泵采用真空薄膜泵。

优选的是，所述细胞培养管采用透明玻璃制成。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

（1）本实用新型只有更换上样桶时需要在生物安全柜中进行软管的对接与拆分工作，大大减少了污染概率。

（2）本实用新型零件成本低，且可轻易替换，维护成本低廉；管道化组件使清洗、消毒、灭菌更加方便。

（3）本实用新型通过对蠕动泵的流速的控制，可长时间梯度改变细胞培养环境，对于驯化细胞适应无血清培养基，不同pH等生存环境具有重要意义。

（4）本实用新型中管道对放置平面的水平度要求不高，施工成本低。相比细胞工厂通过侧面连通器结构平衡后再小心水平放置要方便很多。

（5）本实用新型可通过显微镜直接在细胞培养管道上观察细胞培养情况，细胞病变CPE情况，并可通过系统出口实时抽样检测培养液的成分变化。

（6）由于贴壁细胞固定在管道中，所以可以低成本随时改变细胞的生存环境如温度、pH、气体分压、氨、渗透压等参数。在整个生产周期中，细胞会进入不同的生长阶段，其所需的最适条件有很大差异，根据工艺需要改变适合细胞生长阶段的参数对于高产至关重要。

（7）本实用新型解决了目前以贴壁细胞为基础生产生物制品的人员设备成本居高不下，半成品质量不稳定，过程检测不方便等诸多困扰，其可完全满足贴壁细胞的大规模培养和驯化。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型第一个实施例的结构示意图。

图2为图1中细胞培养管的结构示意图。

图3为图2中细胞培养管的截面图。

图4为多根细胞培养管连接的示意图。

图5为梯度驯化细胞组件的示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。在以下描述中，为了清楚展示本实用新型的结构及工作方式，将以附图为基准，借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。

实施例1

一种管道式贴壁细胞培养驯化装置，如图1-3所示，包括第一蠕动泵12，细胞培养管13，气罐15，第一空气过滤器16，第二空气过滤器14，循环桶17，曝气网18，气泵21，以及上样桶22；其特征在于：所述细胞培养管13为扁管，采用透明材料制成，其两端设置收缩构成连接部19；所述细胞培养管13的一端连接有第一管道23，另一端连接有第二管道24；所述第一管道23的另一端伸入循环桶17内、并接近循环桶17的底部；所述第一管道23上设置有第八阀门8；所述第一管道23上、位于细胞培养管13及第八阀门8之间设置有支管34，所述支管34上依次设置有第五阀门5、第六阀门6及第七阀门7；所述第二管道24上、沿第二管道24与细胞培养管13连接一端至另一端依次设置有第一阀门1及第一蠕动泵12；所述循环桶17上插接有第三管道25及第一进气管35，所述第三管道25位于循环桶17内的一端接近循环桶17的底部；所述曝气网18连接于第一进气管35位于循环桶17内的一端；所述第一进气管35位于循环桶17外的一端与气罐15连接；所述第一空气过滤器16安装于第一进气管35上；所述上样桶22内插接有第四管道31及第二进气管36，所述第三管道25位于上样桶22内的一端接近上样桶22的底部；所述第二进气管36位于上样桶22外的一端与气泵21连接；所述第二空气过滤器14安装于第二进气管36上；所述第二管道24上、接近细胞培养管13的一端通过四通接头分别连接有第二阀门2、第三阀门3及第四阀门4；第二阀门2、第三阀门3及第四阀门4可根据需要分别灌注工艺需要的气体或液体；所述第二管道24远离细胞培养管13的一端、第三管道25位于循环桶17外的一端以及第四管道31位于上样桶22外的一端通过三通接头连接，且连接处依次设置有第十阀门10、第九阀门9和第十一阀门11。

其还包括用于细胞培养管13消毒的紫外灯20，便于细胞培养管的消毒。所述气泵21优选采用真空薄膜泵，显然还可采用其它泵体。所述细胞培养管13优选采用透明玻璃制成，显然还可采用透明塑料。

实施例2

一种管道式贴壁细胞培养驯化装置，其中，所述细胞培养管13为多根，通过连接软管39依次串联，如图4所示，其余与实施例1基本相同。

实施例3

一种管道式贴壁细胞培养驯化装置，除了实施创1所述的结构，其还包括连接于第二管道24上、接近第一阀门1处的梯度驯化细胞组件，如图5所示；该梯度驯化细胞组件包括第一梯度上样桶27，第二梯度上样桶28，第二蠕动泵29，第三蠕动泵30及混匀器26；所述第一梯度上样桶27上插接有第五管道32及第三进气管37，所述第五管道32位于第一梯度上样桶27内的一端接近第一梯度上样桶27的底部，另一端与混匀器26下部连通，所述第二蠕动泵29安装于第五管道32上；所述第二梯度上样桶28上插接有第六管道33及第四进气管38，所述第六管道33位于第二梯度上样桶28内的一端接近第二梯度上样桶28的底部，另一端与混匀器26下部连通，所述第三蠕动泵30安装于第六管道33上；所述混匀器26的上端与第二管道24连通。

本实用新型的使用方法如下：

【接种细胞】

将消化脱落的细胞及所需体积的培养液放入上样桶22中混匀，开启第一阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门、第十阀门、第十一阀门，关闭第八阀门及第九阀门。第七阀门外侧接空滤器进行排气并置于高处。开启气泵21，将上样桶22内液体缓慢泵入细胞培养管13中，直到培养液液面快到支管出口处。上样完毕后关闭气泵21和所有阀门，诱导细胞贴壁。静止贴壁时间长短以显微镜观察为准。细胞贴壁完全后，开始循环培养细胞操作。

【细胞扩大培养】

根据要扩大的比例准备所需数量的细胞培养管13并用连接软管串联后高压灭菌。关闭第八阀门及第九阀门，开启第一阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门、第十阀门、第十一阀门，开启气泵21，将预先准备在上样桶22的消化液泵入系统。在支管出口排出消化液。随着上样桶22的液面降低，管道开始泵进气体，并排空管道内的消化液。关闭第十一阀门和气泵21，开启第九阀门并调高蠕动泵12流速，用循环桶17的营养液冲洗管道，在支管出口收集脱落细胞。收集完毕后将串联好的细胞培养管13连接在系统上，按照具体实施方式中接种细胞的操作步骤完成细胞的重新贴壁。

【循环培养细胞】

开启气泵21，通过上样桶22泵入循环桶17一定体积预配好的营养液。气罐15压入混合气体并控制气体流量避免泡沫产生。关闭第五阀门第六阀门、第七阀门、第十一阀门，开启蠕动泵12和第一阀门、第八阀门、第九阀门和第十阀门。开始循环。营养液经蠕动泵12泵入第二管道，经管线缓慢流过已接种细胞的细胞培养管13后回流至循环桶17。一定时间后，设置蠕动泵12反向蠕动。

【过程检测】

在系统循环过程中，将支管出口放入生物安全柜中，依次开启第七阀门、第六阀门和第五阀门收集样品。依次关闭第五阀门、第六阀门、第七阀门结束收样。

【梯度驯化细胞】

在梯度驯化组件中按照需要的配方配置好第一梯度上样桶27和第二梯度上样桶28，将梯度驯化组件接在第一阀门处，设置第一蠕动泵29及第二蠕动泵30，使其随时间或体积的增长而增加或减少转速。关闭第五阀门、第六阀门、第七阀门、第九阀门，打开第一阀门、第八阀门，开启第一蠕动泵、第二蠕动泵和混匀器26。在循环桶17进行营养液收集。

【接种病毒与收获】

将配置好的病毒溶液置于上样桶22，开启第一阀门、第八阀门、第十一阀门、第十阀门。开启气泵21泵入空气进行上样。病毒会自动吸附和侵染细胞。上样完成后，关闭第十一阀门和气泵21，开启第九阀门和蠕动泵12，进行循环。

孵育一段时间后，当进入病毒释放阶段应逐渐加大循环流速以冲洗管道，最后关闭蠕动泵12和第九阀门，开启第十一阀门和气泵21。将空气从上样桶22泵入，推动第二管道和细胞培养管13中的病毒收获液回流入循环桶17。完成收获。

如果病毒释放的方式是出芽且不导致细胞破裂死亡如狂犬病毒等，可在孵育一段时间后，关闭蠕动泵12和第九阀门，开启第十一阀门和气泵21。将空气从上样桶22泵入反应器，推动第二管道和细胞培养管13中的病毒收获液回流入循环桶17。只开启第九阀门第十一阀门。开启气泵21抽气。将收获液泵入上样桶22，完成一次收获。随后通过新的上样桶22泵入循环桶17以新的营养液进行持续收集。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。