用于细胞体外培养的磁控生物反应器系统的制作方法

本发明涉及生物反应器系统，具体的是一种用于哺乳动物细胞体外培养的磁控生物反应器系统。

背景技术：

随着生物技术的发展，细胞培养技术已经广泛应用于社会各个领域。例如，免疫治疗以及细胞治疗中的关键技术抗体药物的制备、病毒疫苗的生产、以及干细以及免疫效应细胞的扩增都是基于哺乳动物细胞细胞培养技术而实现。生物反应器是哺乳动物细胞中必不可少的关键设备。目前已有多种生物反应器用于细胞培养，如滚瓶式生物反应器、搅拌悬浮式生物反应器、气升式生物反应器、波浪袋式生物反应器、旋转壁式生物反应器、平板型生物反应器、固定流化床式生物反应器等等。在这些反应器中，搅拌悬浮式生物反应器因过程混合均匀，易于操作，适于过程放大，应用最为广泛。但搅拌桨在运行过程中会产生较大的流体剪切力，而哺乳动物细胞因没有细胞壁保护二岁不适用于对于剪切力敏感的哺乳动物的培养细胞。由于细胞在体外培养过程中会不断地消耗营养物和产生代谢副产物，若没有充分的混合，很容易使培养体系产生浓度梯度，特别是培养体系中轴向的浓度梯度。对哺乳动物细胞培养而言，需要适度混合以营造均一的培养环境，又需要避免因混合而产生的剪切力对细胞造成的损伤，才能满足细胞扩增的需要。

哺乳动物细胞因没有细胞壁，对培养环境的剪切力敏感，的培养模式可分为为静态与动态培养模式。对于静态培养，哺乳动物细胞在静置状态下，所受剪切力最小，但是静态培养下，细胞沉积在容器底部，当细胞密度较大的时候，容易造成部分细胞无法获得足够的营养物质，且在细胞的生长过程中产生的乳酸等代谢废物易堆积，使细胞生长受到抑制甚至死亡。因此静态培养并不适用于哺乳动物细胞的大规模培养和扩增。而动态培养模式能够很好的解决上述问题。动态培养通过混匀培养体系，使所有细胞能够充分获得营养物质，并使细胞产生的代谢废物迅速分散到整个培养体系中，减少环境因素对细胞的影响。

目前，对于哺乳动物细胞的动态培养，已开发出多种不同生物反应器，主要有滚瓶式生物反应器、搅拌悬浮式生物反应器、气升式生物反应器、波浪袋式生物反应器、旋转壁式生物反应器、平板型生物反应器、固定流化床式生物反应器等等。在这些反应器中，应用最广泛的是搅拌悬浮式生物反应器。但搅拌桨在运行过程中会产生较大的流体剪切力，不适用于对于剪切力敏感的哺乳动物的培养细胞。由于细胞在体外培养过程中会不断地消耗营养物和产生代谢副产物，若没有充分的混合，很容易使培养体系产生浓度梯度，特别是培养体系中轴向的浓度梯度。对哺乳动物细胞培养而言，需要适度混合以营造均一的培养环境，又需要避免因混合而产生的剪切力对细胞造成的损伤，才能满足细胞扩增的需要。

技术实现要素：

为解决上述技术问题：本发明提供一种用于细胞体外培养的磁控生物反应器系统，在简化结构的同时，能够克服现有培养设备存在的缺陷，满足细胞扩增的需要。

解决上述问题的技术方案是：本发明提供一种用于细胞体外培养的磁控生物反应器系统，包括固定支架；至少一反应容器，固定于所述固定支架上；磁性介质，设于所述反应容器中；磁铁旋转装置，固定于所述固定支架内且位于所述反应容器的下方。

在本发明一实施例中，所述固定支架包括上层固定板和下层固定板；多根支撑杆，支撑在所述上层固定板和所述下层固定板之间；电机固定槽，设于所述下层固定板朝向所述上层固定板的一面；所述磁铁旋转装置固定于所述电机固定槽中；至少一容器固定槽，设于所述上层固定板的表面，所述反应容器对应的嵌入于所述容器固定槽中。

在本发明一实施例中，所述磁铁旋转装置包括力矩电机，固定于所述电机固定槽内；旋转杆，其中心固定在所述力矩电机的转轴上；磁铁，固定在所述旋转杆的两端当所述旋转杆在所述力矩电机的所述转轴的带动下做圆周运动时，所述磁铁经过所述反应容器的正下方。

在本发明一实施例中，所述反应容器包括反应容器本体、磁性盖，所述反应容器本体为柱形玻璃瓶。

在本发明一实施例中，所述磁性介质为具有磁性的球状体。

在本发明一实施例中，所述磁性小球的直径为1mm-2mm。

本发明的优点是：本发明的用于哺乳动物细胞培养的磁控生物反应器系统，通过球状体的磁性介质的上下运动而达到消除物质浓度梯度，均一培养环境的目的。球状体的磁性介质运动产生的剪切力较传统搅拌桨搅拌产生的剪切力要小，可避免剪切力对细胞所造成的损伤，且能解决营养物质和代谢副产物浓度梯度问题对细胞生长的影响。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步解释。

图1为本发明实施例的用于细胞体外培养的磁控生物反应器系统的结构图。

图2为本发明实施例的固定支架结构图。

图3为本发明实施例的磁铁旋转装置结构图。

图4为本发明实施例的反应容器及磁性介质示意图。

1固定支架；2磁铁旋转装置；

3反应容器；4磁性介质；

11下层固定板；12上层固定板；

13支撑杆；14电机固定槽；

15容器固定槽；21力矩电机；

22旋转杆；23磁铁；

31反应容器本体；32磁性盖。

具体实施方式

以下实施例用以例示本发明可用以实施的特定实施例，用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。

如图1所示，本发明的用于细胞体外培养的磁控生物反应器系统，包括固定支架1、磁铁旋转装置2和反应容器3。

如图2所示，所述固定支架1的高度为10cm-15cm，直径为20cm-30cm；所述固定支架1包括下层固定板11、上层固定板12和多根支撑杆13。所述下层固定板11和所述上层固定板12为圆形板，即圆形板的直径为20cm-30cm，所述下层固定板11和所述上层固定板12上下相对设置。多根支撑杆13支撑且固定于所述下层固定板11和所述上层固定板12之间。本实施例中，为了方便拆卸，在所述下层固定板11和上层固定板12的对应位置设置圆孔，所述支撑杆13的上下两端分别插入并固定在所述圆孔中。所述下层固定板11的朝向所述上层固定板12的一面的中间位置设有电机固定槽14，所述电机固定槽14的高度为1.5cm-2.5cm，直径为5.5cm-6cm。所述上层固定板12的上表面设有至少一个容器固定槽15。所述容器固定槽15的高度为1.5cm-2.5cm，直径为2.1cm-3.1cm。

如图3所示，所述磁铁旋转装置2固定于所述电机固定槽14内。本实施例中，所述磁铁旋转装置2包括力矩电机21、旋转杆22以及磁铁23。所述力矩电机21，包括机体和转轴，所述力矩电机21固定于所述电机固定槽14内。所述旋转杆22的长为16cm-26cm，宽为1cm-2cm，高为1cm-2cm，所述旋转杆22中心固定于所述转轴上，所述旋转杆平行于所述上层固定板12的板面。所述磁铁23固定于所述旋转杆22的至少一端，本实施例中，所述磁铁23固定于所述旋转杆22的一端，当然也可以固定在所述旋转杆22的两端。在所述力矩电机21的带动下做圆周运动时，所述磁铁23经过所述反应容器3的正下方。

如图4所示，所述反应容器3包括反应容器本体31、磁性盖32。所述反应容器本体31为柱形玻璃瓶，上端具有一开口；所述磁性盖32盖接于所述反应容器本体31的开口。所述反应容器3固定于所述容器固定槽15内。本实施例中，所述容器固定槽15和反应容器3分别设置3个。所述反应容器本体31的材料为生物玻璃，毒性较低或者无毒。

在运行过程中，所述磁性介质4放入所述反应容器本体31内部；所述磁性介质4为球形。

下面利用本发明的磁控生物反应系统对细胞进行体外培养实验，以对本发明的生物反应系统的有益效果进行具体说明。

本发明的磁控生物反应系统操作过程：在反应容器本体31中加入磁性介质4，再加入培养基以及细胞，盖好磁性盖32，但不拧紧，保证于外界气体交换，此时磁性介质4悬浮于液体表面。之后将组装好的反应容器3固定于固定支架1的容器固定槽15内；启动力矩电机21，力矩电机21带动旋转杆22转动，磁铁23随之做圆周运动；当磁铁23运动到反应容器3的底部时，与磁性盖32之间形成变化磁场，磁性介质上下浮动，混合培养基，以及将沉淀在底部的细胞悬浮于整个培养体系。整个培养过程在37℃细胞培养箱中进行。

实施例1：在10ml反应容器中加入5ml含10％胎牛血清(fbs)的imdm培养基，取磁性介质，以5个/毫升加入反应容器中，培养细胞为k562细胞，接种密度为5×10⁴cell/ml，力矩电机转速为10，20，30和40rpm。在37℃，含有质量浓度为5％的co2的培养箱中培养四天，每两天计数并将密度调回5×10⁴cell/ml。四天后，在力矩电机转速分别为10，20，30和40rpm的条件下，细胞扩增倍数分别为9.42±0.85，14.03±2.11，24.83±1.70和19.24±0.97倍。

实施例2：在10ml反应容器中加入5ml无血清培养基t009，取磁性介质，以5个/毫升加入反应容器中，培养细胞为nk-92细胞，接种密度为2×10⁵cell/ml，力矩电机转速为30rpm。在37℃，含有质量浓度为5％的co2的培养箱中培养8天，每两天计数并将密度调回2×10⁵cell/ml。8天后，细胞扩增倍数为67.71±10.60倍；细胞存活率在91.01±1.23％以上；培养至8天后的培养物中cd3^-cd56⁺细胞的比例在92.21±2.10％以上；以k562细胞作为靶细胞，以10∶1的效靶比评价扩增后nk-92细胞杀伤活性，培养后的细胞杀伤活性分别为85.57±3.69％。

实施例3：在10ml反应器中加入5ml含10％胎牛血清(fbs)的imdm培养基，取磁性介质，以5个/毫升加入反应容器中，培养细胞为cik细胞，接种密度为1×10⁶cell/ml，力矩电机转速为30rpm。在37℃，含有质量浓度为5％的co2的培养箱中培养14天，每天计数并将密度调回1×10⁶cell/ml。14天后，细胞扩增倍数为67.71±10.60倍；细胞存活率在8.23±.21％以上；培养至14天后的培养物中cd3⁺、cd3⁺cd56⁺和cd3⁺cd8⁺细胞的比例分别为95.12±0.62％，25.60±4.00％和63.17±3.84％；以k562细胞作为靶细胞，以10∶1的效靶比评价扩增后cik细胞杀伤活性，培养后的细胞杀伤活性分别为55.27±4.69％。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。