一种低损失率的大规模细胞培养设备

本发明属于生物学设备，具体涉及一种低损失率的大规模细胞培养设备。

背景技术：

1、细胞治疗作为国际战略性、前瞻性的重大科学议题，对心力衰竭、神经退行性疾病等许多缺乏有效治疗手段的重症具有明显治疗效果。规模化、高质量、安全稳定的细胞培养设备是制约细胞治疗推广的瓶颈问题。三维细胞培养技术与设备可显著提高细胞的生产效率、保证生产质量、提升应用效果，因此研制一种提升细胞产品质量、提高细胞生产数量同时具备自动化生产功能的设备有重要意义。

2、在细胞规模化培养中，细胞培养体积对细胞生长和代谢产物的积累有直接的影响。一般而言，较大的培养体积可以提供更多的养分和氧气供应，从而促进细胞的生长和繁殖。然而，过大的培养体积也可能带来一些问题。例如，较大的培养体积可能导致培养环境的不均匀，从而导致在不同位置的细胞存在生长差异。现有解决方案是整体培养体积后通过大量的搅拌混合提升设备内的不同位置间的环境均一性，例如区国强在专利号为cn112852633a的专利“一种干细胞规模化培养生物反应器系统”中通过增加喷射装置和搅拌装置解决生物反应罐罐体内培养液搅拌不均匀的问题。但搅拌、喷射、曝气等机械运动必然会产生剪切力对细胞造成损伤，使细胞培养过程中的细胞损耗增大，影响细胞存活并限制培养密度的提升，因此需要发明一种低细胞损失率的，可扩展的规模化细胞培养设备。

3、综上，临床生产亟需一种低损失率、可扩展的规模化细胞培养设备，提升培养细胞的数量和质量，从而推进我国细胞治疗产业的发展。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有细胞体外培养技术存在的问题，提出一种低损失率、可扩展的规模化细胞培养设备，达到大幅度提高培养的细胞质量和数量的目的，为细胞治疗产业发展提供技术支持。

2、本技术提供了一种低损失率的大规模细胞培养设备，包括固定台、培养模块、混合模块、循环模块、装置柜、无菌罩；在固定台上安装有培养模块；所述固定台面上设置有用于罩住所述培养模块内若干个细胞培养罐的无菌罩，所述无菌罩内设置有消杀装置；所述固定台内部固装有混合模块和装置柜，其中所述装置柜安装在所述混合模块左侧；

3、在本技术的一些可能的实施方式中，所述培养模块包括固定安装在固定台上培养台和可拆卸安装在所述培养台内部的若干个可独立工作的细胞培养罐；所述所有细胞培养罐上均固装有循环模块；所述循环模块连接混合模块和培养模块，使所述混合模块内富含营养物质的培养基流入所述培养模块，所述培养模块内的营养成分消耗殆尽的培养基流入所述混合模块中再次补充添加营养物质；所述培养台内部底端固定安装有摇床；所述摇床台面上可拆卸安装柔性半包裹式加热器；所述细胞培养罐可拆卸安装在所述柔性半包裹式加热器中，所述细胞培养罐和所述柔性半包裹式加热器均可以跟随所述摇床台面运动而运动，所述柔性半包裹式加热器功能是保持细胞培养罐内温度恒定；

4、在本技术的一些可能的实施方式中，所述细胞培养罐内部安装传感器组和细胞筛网；所述细胞培养罐罐盖上固定有连通管，所述连通管的一端位于所述细胞培养罐外，另一端位于所述细胞培养罐内，所述连通管包括长管a、短管a；所述细胞筛网固定在所述长管a外围，与所述长管a同轴心装配，其底部与所述长管a底端留有间距；所述传感器组为非接触测量装置，固装在所述细胞培养罐内的独立小室中，所述传感器组包括温度传感器、溶解氧浓度传感器、ph传感器和二氧化碳浓度传感器，所述温度传感器、溶解氧浓度传感器、ph传感器和二氧化碳浓度传感器分别与所述多参数变送器连接，将信息传输至多参数变送器；

5、在本技术的一些可能的实施方式中，所述混合模块包括混合罐、柔性环绕式加热器、第一搅拌桨、第二搅拌桨、第一连接杆、第二连接杆、第一搅拌电机、第二搅拌电机、曝气盘、第一细菌过滤器、长管组、短管组、弃液管；所述混合罐外围环绕固定所述柔性环绕式加热器，使混合罐内的温度恒定在37.2℃；所述混合罐罐盖上固定有长管卡箍和短管卡箍，所述长管卡箍内可拆卸安装若干根长管共同组成长管组，用于连接所述循环模块将培养基导出所述混合罐，所述短管卡箍内可拆卸安装若干根短管共同组成短管组，用于连接所述循环模块将培养基导入所述混合罐；所述混合罐的盖顶左侧可拆卸安装第一搅拌电机，所述第一连接杆一端与第一搅拌电机的动力输出端连接，另一端与第一搅拌桨连接，所述第一搅拌桨位于所述混合罐内靠近曝气盘左侧的位置；所述混合罐的盖顶右侧可拆卸安装第二搅拌电机，所述第二连接杆一端与第二搅拌电机的动力输出端连接，另一端与第二搅拌桨连接，所述第二搅拌桨位于混合罐内靠近曝气盘右侧的位置；所述曝气盘位于混合罐内靠近混合罐的底部，与所述第一细菌过滤器一端通过硅胶管连接；

6、在本技术的一些可能的实施方式中，所述循环模块包括第一循环单元和第二循环单元，所述第一循环单元的一端与所述细胞培养罐内的长管a连接，另一端与所述混合罐内短管组中的短管连接；所述第二循环单元的一端与所述混合罐内长管组中的长管连接，另一端与所述细胞培养罐内的短管a连接；所述第一循环单元包括第一蠕动泵与第一单向阀、第一夹管阀，所述第一蠕动泵的一端与长管a连接，另一端与第一单向阀连通，所述第一单向阀与第一夹管阀连接，所述第一夹管阀未与第一单向阀连接的一端与所述短管组短管连接，所述第一单向阀使得所述细胞培养罐内的液体单向流向混合罐；所述第二循环单元包括第二蠕动泵与第二单向阀、第二夹管阀，所述第二蠕动泵的一端与短管a连接，另一端与第二单向阀连通，所述第二单向阀与第二夹管阀连接，所述第二夹管阀未与第二单向阀连接的一端与所述长管组中的长管连接，所述第二单向阀使得所述混合罐内的液体单向流向细胞培养罐；

7、在本技术的一些可能的实施方式中，所述装置柜内安装有气体导入模块和废液模块；所述气体导入模块中流量调节阀通过硅胶管连接第一细菌过滤器一端，流量调节阀另一端连接气瓶；所述流量调节阀调节气瓶中气体的流出量，气体通过所述第一细菌过滤器过滤掉杂质后通入所述混合罐中；所述废液模块中弃液泵一端通过硅胶管连接混合罐罐盖上的弃液管，弃液泵未与弃液管连接的另一端连接有硅胶管直接插入废液桶内部，所述废液模块用于细胞培养结束后排出多余的细胞培养基。

8、本发明具有以下优点：

9、(1)本发明实现了可降低细胞-营养物质混匀过程中细胞损失率的细胞培养。现有的培养设备中物质的混合主要由搅拌桨和曝气盘提供，不可避免对细胞造成剪切力损伤。若单纯采用摇动机构进行混合，随着培养体系的增加，液体表面与空气接触进行氧气的传输，培养罐内存在明显的溶解氧浓度梯度，不足以支撑罐内全部细胞对溶解氧的需求。因此，本发明将氧气等气体的曝气和营养物质的混合从细胞培养中独立出来，另设单独的混合模块，采用传统的搅拌和曝气保证培养基内营养物质充分混合均匀，细胞培养模块则通过摇动模块的温和摇动保证细胞的均匀分散，再通过循环模块将混合模块中混匀后富含营养物质的培养基和细胞培养模块中营养物质消耗的培养基流动置换，在提高营养物质传输特性和增强混合稳定性的基础上，去除了搅拌和曝气等混合动力源对细胞造成的剪切力损伤，实现细胞-营养物质混匀过程中的细胞低损失率。

10、(2)本发明实现了基于细胞低损失率的可扩展的大规模细胞培养。现有的细胞扩大培养规模的方法主要为增加培养皿数量或增大单罐培养体积，但前者细胞仅能贴壁生长，数量远低于细胞依附于微载体在细胞培养罐内增殖的数量，后者则存在罐内营养物质分配不均的问题，若增加搅拌、喷射等混合动力源又会增大剪切力对细胞/细胞-微载体的伤害，造成细胞死亡，增大细胞培养过程中的损失率本发明基于发明点(1)的方法在培养模块中增添多个细胞培养罐，每个培养罐都可以独立工作运行，均可以和混合模块组合进行细胞培养，通过选择使用细胞培养罐的数量可以实现可扩展的大规模细胞培养。