一种新型交替切向流过滤的灌流培养装置的制作方法

1.本实用新型涉及培养装置，尤其涉及一种新型交替切向流过滤的灌流培养装置。


背景技术：

2.目前，批次培养和分批补料培养应用的最为广泛，灌流培养比分批补料培养可以生产更高质量的产品，积累更高的细胞浓度。灌流培养技术还处在实验室或者中试阶段，还没有大规模的应用于生产中。灌流培养技术是在补料分批培养的基础上增加了排出有害代谢物或者产物的方法。一边在补加细胞生长所需的底物，一边在排出细胞代谢后产生的产物或者对其生长有害的物质，同时将细胞截留在反应器中的细胞培养模式，实现细胞的高密度培养，产物的高产出。常用的灌流培养技术有：倾斜沉降，声波沉降，离心，涡流分离，旋转过滤，wave过滤，切向流过滤(tff)。
3.灌流培养方法首先要关注的是无菌保障和截留率，细胞培养过程是一个无菌培养的过程，只有保障了无菌性才能实现细胞的长时间培养。截留率不高也达不到积累高细胞密度的目的。倾斜沉降的无菌性难以保障，声波沉降、旋转过滤和涡流分离的截留率不高，限制了其在灌流培养中的大规模应用。其次是剪切力，过大的剪切力会破坏细胞，影响细胞的活性。离心的剪切力过大，也限制了其在灌流培养中的应用。还要关注的有长时间的操作能力，wave过滤的长时间操作能力较弱。最有应用前景的灌流培养技术就是切向流过滤(tff)和交替切向流过滤(atf)。二者比较tff比atf的应用更受局限。由于tff比atf的剪切力高，积累的细胞浓度和细胞活率更低，tff的无菌保障和长时间操作能力也会比atf差很多。
4.tff技术长时间运行的过程中会导致过滤膜堵塞，因为物料过滤膜上游是单向流动，长时间运行会导致过滤膜堵塞而无法继续使用。
5.因此，研发一种新型交替切向流过滤的灌流培养装置，成为本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

6.本实用新型是为了解决上述不足，提供了一种新型交替切向流过滤的灌流培养装置。
7.本实用新型的上述目的通过以下的技术方案来实现：一种新型交替切向流过滤的灌流培养装置，包括控制柜、磁力泵、过滤装置、超声波流量计、生物反应器、透过液收集罐，所述控制柜安装有磁力泵、超声波流量计和控制系统，所述过滤装置设有第一输入口、第二输入口和透过液出口，所述生物反应器下部设有两个出口，并各自通过一磁力泵和软管分别连接至过滤装置的第一输入口和第二输入口，过滤装置的透过液出口通过软管连接至透过液收集罐，所述磁力泵和超声波流量计连接至控制系统。
8.进一步地，所述磁力泵安装固定于控制柜侧壁。
9.进一步地，至少一台磁力泵与过滤装置之间设有超声波流量计。
10.进一步地，所述过滤装置的输出口与透过液收集罐之间设有超声波流量计。
11.进一步地，所述超声波流量计安装固定于控制柜侧壁。
12.进一步地，所述超声波流量计是夹在软管外壁的，通过向软管发射信号，透过软管后在另外一侧检测透过信号来测定软管内液体的流量。
13.进一步地，所述控制系统包括plc控制系统和人机界面，所述控制柜上设有与控制系统连接的电源开关和急停按钮。
14.进一步地，所述软管与磁力泵、过滤装置、生物反应器和透过液收集罐之间均采用快接式卡箍或无菌法兰等卫生型连接件连接。
15.进一步地，所述交替切向流过滤的灌流培养装置，还包括一移动推车，所述控制柜固定在移动推车上。
16.本实用新型中，生物反应器：生物反应器是进行哺乳动物细胞液体培养的装置的统称。
17.磁力泵：最大的特点是磁力驱动，不需要机械密封，彻底解决了物料泄露或者被污染的风险；磁力泵的叶轮是特殊设计的低剪切力的叶轮，非常适合于生物制药行业。细胞或者蛋白产品的剪切力非常低。
18.超声波流量计：超声波流量计是利用超声波透过软管，在软管的对侧检测透过的信号变化来反应软管内流量的仪表。此流量计不与物料直接接触，是夹在软管外面的。
19.过滤装置：比如中空纤维膜过滤，膜的上游端的液体上下流动，透过液口可以流动至透过液收集罐。此过滤装置的上下两个输入口分别是进液口和回流口，侧壁的口为透过液口。如图所示，如果下面的磁力泵工作，上面的磁力泵不工作，则过滤装置的下面为进液口，上面为回流口。反之，上面的磁力泵工作，下面的磁力泵不工作，则过滤装置的上面为进液口，下面为回流口。
20.透过液的收集罐：在过滤装置内充满液体时，收集透过液口的液体至透过液收集罐，实现了灌流培养时生物反应器内部细胞代谢产物或者代谢废物的排出。
21.本实用新型与现有技术相比的优点是：
22.本实用新型采用双磁力泵的技术，来实现物料在过滤膜上游的交替流动，同时减少了泵对物料的剪切力。本实用新型技术采用了新型的专为生物制药定制开发的磁力泵为输送动力，极大的降低了泵对物料的剪切力。磁力泵与转子泵或者四元隔膜泵比较，可以明显降低对物料的剪切力。用双泵交替开启的方式实现物料在膜上游的交替流动，在这个过程中相当于对过滤膜表面进行了自清洁，这样就避免了膜的堵塞，可以长时间运行。
23.本实用新型的交替切向流过滤技术可以很好的应用于浓缩灌流，用于生产蛋白类的产品，持续的浓缩灌流，持续的收获方便下游纯化，可以达到极高的细胞浓度。还可以应用于浓缩补料分批培养，种子库的构建，快速生产等。
24.具体地说：本实用新型具有以下优势：
25.1.通过两台磁力泵的交替开启的方式实现液体在过滤装置里交替流动，采用磁力泵避免了过大的剪切力对细胞的伤害，这种磁力泵有很好的保护细胞的作用，防止细胞破裂释放细胞内部杂质，增加下游纯化的压力。
26.2.液体物料在过滤装置内部交替流动，解决了滤膜容易堵的问题，不断的交替流动，在过滤膜表面形成了交替往复的冲刷，过滤膜可以长时间处于良好的过滤状态。
27.3.装置成本较低：此装置结构简单，使用操作方便，同时成本也比较低。
28.4.无菌界面的保证：磁力泵是靠磁力驱动的，搅拌叶轮和电机是完全隔离开的，这样就可以杜绝液体的泄露和被污染的风险，可以长时间运行。而且磁力泵的泵头、过滤装置及软管均可以离线灭菌后与生物反应器或者透过液收集装置连接。与生物反应器或者透过液收集罐的无菌连接方案可以使用切管机进行无菌对接。
29.5.目前此装置是用软管连接的，离线灭菌，无菌对接后进行连续使用的。根据生产规模，也可以设计为不锈钢硬管道连接，磁力泵和过滤装置也均设计为不锈钢的外壳，实现装置的在线灭菌功能，不需要手动操作，全自动实现清洗、灭菌和液体物料交替过滤。
30.6.自动控制，防止人为干涉带来的风险，控制系统可以是单独的，也可以整合在生物反应器的控制系统内，比较灵活。
附图说明
31.图1是本实用新型的系统结构示意图。
32.图2是本实用新型的外观结构示意图。
具体实施方式
33.下面结合附图对本实用新型进一步详述。
34.如图1、图2所示，一种新型交替切向流过滤的灌流培养装置，包括控制柜8、磁力泵3、过滤装置5、超声波流量计4、生物反应器1、透过液收集罐6，所述控制柜8安装有磁力泵3、超声波流量计4和控制系统7，所述过滤装置5设有第一输入口501、第二输入口502和透过液出口503，所述生物反应器1下部设有两个出口，并各自通过一磁力泵3和软管13分别连接至过滤装置5的第一输入口501和第二输入口502，过滤装置5的透过液出口503通过软管13连接至透过液收集罐6，所述磁力泵3和超声波流量计4连接至控制系统7。
35.进一步地，所述磁力泵3安装固定于控制柜8侧壁。
36.进一步地，至少一台磁力泵3与过滤装置5之间设有超声波流量计4。
37.进一步地，所述过滤装置5的输出口与透过液收集罐6之间设有超声波流量计4。
38.进一步地，所述超声波流量计4安装固定于控制柜8侧壁。
39.进一步地，所述超声波流量计4是夹在软管13外壁的，通过向软管13发射信号，透过软管13后在另外一侧检测透过信号来测定软管内液体的流量。
40.进一步地，所述控制系统7包括plc控制系统和人机界面9，所述控制柜8上设有与控制系统7连接的电源开关10和急停按钮11。
41.进一步地，所述软管13与磁力泵3、过滤装置5、生物反应器1和透过液收集罐6之间均采用快接式卡箍2或无菌法兰等卫生型连接件连接。
42.进一步地，所述交替切向流过滤的灌流培养装置，还包括一移动推车12，所述控制柜8固定在移动推车12上。
43.本实用新型中，生物反应器1：生物反应器是进行哺乳动物细胞液体培养的装置的统称。
44.磁力泵3：最大的特点是磁力驱动，不需要机械密封，彻底解决了物料泄露或者被污染的风险；磁力泵的叶轮是特殊设计的低剪切力的叶轮，非常适合于生物制药行业。细胞
或者蛋白产品的剪切力非常低。
45.超声波流量计4：超声波流量计是利用超声波透过软管，在软管的对侧检测透过的信号变化来反应软管内流量的仪表。此流量计不与物料直接接触，是夹在软管外面的。
46.过滤装置5：比如中空纤维膜过滤，膜的上游端的液体上下流动，透过液口可以流动至透过液收集罐6。此过滤装置5的上下两个输入口分别是进液口和回流口，侧壁的口为透过液口。如图1所示，如果下面的磁力泵工作，上面的磁力泵不工作，则过滤装置的下面为进液口，上面为回流口。反之，上面的磁力泵工作，下面的磁力泵不工作，则过滤装置的上面为进液口，下面为回流口。
47.透过液的收集罐6：在过滤装置5内充满液体时，收集透过液口的液体至透过液收集罐，实现了灌流培养时生物反应器1内部细胞代谢产物或者代谢废物的排出。
48.本实用新型的工作原理是：本实施例只配备了一台超声波流量计。两台磁力泵3交替开启，可以实现生物反应器1内的液体在过滤装置5内交替流动；也就是说磁力泵3的输送方向都是由生物反应器1至过滤装置5；一台磁力泵3工作的时候另外一台是停止的，间隔设定的时间后开启另外一台磁力泵3，同时停止这台磁力泵3；这样就实现了液体在过滤装置5内的正向流动和反向流动，这个控制过程是由控制系统7实现的。控制系统7配有plc和人机界面9，还有必要的电器元件，实现对磁力泵3泵速的控制。通过超声波流量计4检测的流量可以实现对磁力泵3泵速的反馈条件。也就是说在控制系统7上可以设定需要的流量，控制系统7会根据超声波流量计4检测的实时流量自动反馈调节磁力泵3的泵速，以达到人机界面9上设定的流量。在人机界面9上还可以设定液体流向切换的频率或者时间。在过滤装置5和透过液收集罐6之间也可以安装超声波流量计4来检测透过液的流量。
49.以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。