一种一次性搅拌罐式细胞生物反应器的制作方法

本技术涉及细胞生物反应器，尤其是涉及一种一次性搅拌罐式细胞生物反应器。

背景技术：

1、目前，针对各种疫苗、诊断试剂、抗体药物、重组蛋白药物和细胞治疗领域药物的研发、扩大产能与产业化，大量的资金、人力、技术在全球范围内均投入到生物制药的扩大产能和产业化的进程中。由于上述生物药均是由哺乳动物细胞表达的，所以大规模培养动物细胞的一次性搅拌罐式细胞生物反应器，这种生物技术制药产业上游的最重要的生物工艺装备就成了扩大产能的关键装备和瓶颈。这种细胞生物反应器很大程度上决定了生物制药企业的生产能力、产品品种和产品成本。当下，一次性搅拌罐式细胞生物反应器在生物制药企业中被广泛使用。是各种细胞生物反应器中应用最多最成熟的一个种类。

2、但许多生物制药企业使用的一次性搅拌罐式细胞生物反应器均存在许多缺陷和不足。例如，1.有些反应器的搅拌轴是上进式或下进入式的，这个细胞培养袋内的尽管轴承有密封组件，但还都做不到完全密封，还是有泄漏的。这样的反应器不染菌的可靠性是不够的。2.有些反应器满足了上述条件，采用培养袋外的磁力驱动技术实现了培养袋上下全封闭。但进入袋内的搅拌轴只是个短轴，只能安装一个搅拌桨，其位置不是装在培养袋的底部就是装在培养袋的上半部。这样的结果就不能在培养袋内全部高度上实现培养液搅拌均匀形成理想流场使远离搅拌桨的培养液得不到很好的搅拌与混匀。同时降低了动态的气液相比表面积，影响传质。也就降低了培养液的容氧水平，降低了有害气体的逸出速度，造成过多的有害气体如二氧化碳、氨气等滞留在培养液中。造成细胞的密度降低，活性差。

3、另一方面，培养袋底部的鼓气泡环鼓出的气泡上升到培养袋上半部时，因培养液流动不好，使气泡只从中心部位逸出培养液液面。袋内其他部分得不到有效的溶氧就造成了培养溶液溶解氧不足、细胞死亡，细胞密度降低、细胞活性差等问题。

4、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本实用新型的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种一次性搅拌罐式细胞生物反应器，以解决现有技术中存在的技术问题。

2、为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

3、本实用新型提供一种一次性搅拌罐式细胞生物反应器，其包括：定位短轴夹紧部总成、细胞培养袋总成、搅拌轴转动部总成、反应罐体和驱动机构总成；所述定位短轴夹紧部总成安装于所述反应罐体上部一侧；所述搅拌轴转动部总成安装于所述细胞培养袋总成内部，且位于细胞培养袋总成满工作容积时培养液液面之上和细胞培养袋总成顶部之下的空间内；所述搅拌轴转动部总成位于细胞培养袋总成的内部，所述搅拌轴转动部总成的上端与所述定位短轴夹紧部总成连接；所述搅拌轴转动部总成的下端与所述驱动机构总成连接；所述细胞培养袋总成安装于所述反应罐体的内部。

4、优选的，所述定位短轴夹紧部总成包括：定位短轴、v型夹头、活动v形夹头、紧固螺栓、定位槽钢、折页轴、弧形支撑板、翻板轴、可翻转三角平板、夹紧螺母、翻板紧固螺栓和夹紧螺栓；所述定位短轴由所述v型夹头、活动v形夹头夹紧定位；所述活动v形夹头的一侧通过所述折页轴与所述v型夹头连接，所述活动v形夹头的另一侧通过所述夹紧螺栓与所述v型夹头夹紧；所述活动v形夹头在松开夹紧螺栓后能够绕折页轴进行转动，以使所述活动v形夹头能够形成预设的开合角（优选的，活动v形夹头的开合角度为146°）；所述v型夹头通过所述紧固螺栓安装在所述可翻转三角平板上，所述可翻转三角平板通过所述翻板轴连接在所述弧形支撑板上，所述可翻转三角平板能够绕所述翻板轴进行翻转动作，所述可翻转三角平板在完成翻转动作后能通过翻板紧固螺栓紧固在所述弧形支撑板上，所述可翻转三角平板的翻转角为100°。

5、优选的，所述夹紧螺栓的一端活动枢接于v型夹头的侧壁，所述活动v形夹头对应设置有用于安装所述夹紧螺栓另一端的侧开孔。（夹紧螺栓的开合角度为55°）；

6、优选的，所述定位短轴的内部贯穿安装有长紧固螺栓。

7、优选的，所述细胞培养袋总成包括：大径进气口、耐压进气软管、鼓气泡环、多种硬塑接口、细胞培养袋、硬塑密封罩、传感器元件；所述大径进气口焊接在所述细胞培养袋的顶部，其下端口连接所述耐压进气软管；所述耐压进气软管向下延伸至所述细胞培养袋底部并与所述鼓气泡环端口连接，所述硬塑密封罩密封焊接在所述细胞培养袋底部，所述多种硬塑接口焊接在所述细胞培养袋的顶部，所述传感器元件密封焊接在所述细胞培养袋的下部位置（所述传感器元件包括ph、溶氧等传感器）。

8、优选的，所述搅拌轴转动部总成包括：直通轴的轴套、异形硅胶软管、塑料绑带、连接培养袋的硬塑管口、挡冷凝水密封胶圈、两推力轴承轴套、两推力轴承、滑动轴承轴套、塑料滑动轴承、端盖、连接销、硬塑搅拌轴、硬塑密封杯、硬塑密封杯盖、内六角螺栓、弹簧垫、止推轴套、转动轴和多个螺栓；所述直通轴的轴套与定位短轴固定连接；所述长紧固螺栓贯穿所述定位短轴并螺纹连接于所述直通轴的轴套的底部；所述直通轴的轴套通过所述塑料绑带与所述异形硅胶软管的上端密封连接；所述异形硅胶软管的下端通过所述塑料绑带安装在所述连接培养袋的硬塑管口的上端，所述连接培养袋的硬塑管口下端与所述细胞培养袋的顶部密封焊接，所述直通轴的轴套下端通过所述多个螺栓连接所述两推力轴承轴套上端，所述两推力轴承安装在所述两推力轴承轴套和所述转动轴之间，所述止推轴套安装在所述转动轴的顶端，并由所述内六角螺栓与所述弹簧垫紧固在所述转动轴顶端；所述止推轴套压设在所述两推力轴承的内圈；所述两推力轴承轴套下端通过多个螺栓与所述滑动轴承轴套的上端同轴线连接，所述塑料滑动轴承安装在所述滑动轴承轴套与所述转动轴之间，所述滑动轴承轴套下端通过所述多个螺栓连接端盖，使塑料滑动轴承不能轴向下滑，所述转动轴的下端通过两个连接销与硬塑搅拌轴同轴线连接，所述硬塑密封杯下端密封焊接在所述硬塑搅拌轴外表面，所述硬塑密封杯上端与所述硬塑密封杯盖同轴线螺纹连接，所述挡冷凝水密封胶圈由所述塑料绑带扎紧固定在所述直通轴的轴套的下部，且位于细胞培养袋内和所述硬塑密封杯盖之间；所述硬塑搅拌轴安装有上部硬塑搅拌桨和下部硬塑搅拌桨；所述硬塑搅拌轴的下端安装有径向磁力耦合器从动轴套，所述径向磁力耦合器从动轴套同轴套装于硬塑密封罩的周围。

9、优选的，所述直通轴的轴套顶端设置有轴套上定位槽；所述v型夹头的下方设置有定位槽钢；所述轴套上定位槽为所述直通轴的轴套顶端外轴面上的环形槽，在安装细胞培养袋时把该环形槽插入所述定位槽钢中以定位细胞培养袋总成。

10、优选的，所述反应罐体包括：不锈钢罐体、罐体门、传感器窗口、罐体支架、可调支撑盘、加热水夹套、罐体门锁紧机构和门折页轴；所述细胞培养袋安装于所述不锈钢罐体内；所述不锈钢罐体与所述罐体支架焊接；所述可调支撑盘安装在所述罐体支架的底板上，所述罐体门由所述门折页轴连接到所述不锈钢罐体上，所述罐体门设置有开合角，所述罐体门合上时由所述罐体门锁紧机构锁紧；所述不锈钢罐体配置有所述加热水夹套来为培养液加热保温，所述定位短轴夹紧部总成是通过其上的所述弧形支撑板连接所述不锈钢罐体，所述传感器窗口开设在所述不锈钢罐体的下部开门一侧。

11、优选的，所述驱动机构总成包括：径向磁力耦合器驱动轴头和电动机；所述径向磁力耦合器驱动轴头与电动机安装在所述不锈钢罐体底部中心位置，所述电动机驱动所述径向磁力耦合器驱动轴头转动；所述径向磁力耦合器驱动轴头与所述径向磁力耦合器从动轴套配合使用，通过磁力偶合作用实现磁力传动，进而使所述径向磁力耦合器从动轴套转动。

12、优选的，所述径向磁力耦合器从动轴套与所述细胞培养袋均为一次性使用产品。所述径向磁力耦合器驱动轴头与电动机是重复使用产品。

13、采用上述技术方案，本实用新型具有如下有益效果：

14、本实用新型提供的一次性搅拌罐式细胞生物反应器创新性高，具有较高的可靠性，可应用于细胞培养工艺。

15、进一步的，本实用新型通过定位短轴夹紧部总成、细胞培养袋总成、搅拌轴转动部总成、反应罐体和驱动机构总成之间的组合， 具有如下优点：

16、（一）、定位短轴夹紧部总成的优点：

17、（1）本实用新型v形夹头与活动v形夹头在夹紧定位短轴时，由于两v形夹头相对夹紧，能给定位短轴自动定圆心。夹紧固定后能固定定位短轴的在轴向上下方向的位置，承载沿轴线方向向上与向下的力。

18、（2）本实用新型v形夹头与活动v形夹头都是固定在可翻转三角平板之上，且可翻转三角平板的翻转角最大可达100度。在翻转到最大角度时，不锈钢反应罐罐口上方完全空出。这时往罐体内安装细胞培养袋非常方便。大容积的细胞培养袋也能从上面至下准确快捷地安装进反应罐内，并且在细胞培养结束时轻松地把空培养袋从反应罐上面取出，再重新放入新的细胞培养袋儿，进行下一次细胞培养工序。

19、（二）、搅拌轴转动部总成的优点：

20、（1）、本实用新型的搅拌轴转动部总成置于细胞培养袋内的上部，在满容积液面之上，在细胞培养袋顶部之下处于气态空间，不接触培养液，不会污染培养液。该搅拌轴转动部总成上端的直通轴的轴套外圆与异形硅胶软管用塑料绑带勒紧，袋内处在完全密封状态，异形硅胶软管的下端与连接培养袋的硬塑管口上端通过塑料绑带扎紧密封，使细胞培养袋之外的气体不能进入袋内形成完好密封。搅拌轴转动部总成顶端的轴套上定位槽是直通轴的轴套顶端外轴面上的环形槽，在安装细胞培养袋进入不锈钢反应罐时，采用把环形槽插入定位槽钢中的方法来为细胞培养袋总成来定位。轴套上定位槽是直通轴的轴套顶端外轴面上的环形槽，在安装细胞培养袋时该环形槽将插入定位槽钢中来定位。

21、（2）、本实用新型搅拌轴转动部总成的袋内部分，把由硬塑搅拌轴传递过来到转动轴的转动传到转动轴顶部和硬塑密封杯盖处后就截止了。该总成顶端的直通轴的轴套是静止不动的。而由硬塑搅拌轴传递过来到转动轴的转动运动是由塑料滑动轴承与滑动轴承轴套来支撑并完成的。随着传递过来到转动轴的转动而同时传递过来的轴向上下方向的轴向力是由两推力轴承与两推力轴承轴套来支撑并完成的。

22、（3）、本实用新型硬塑搅拌轴上焊接有硬塑密封杯，其上还有螺纹连接着硬塑密封杯盖，两者均是与硬塑搅拌轴连在一起并一块儿转动的。而挡冷凝水密封胶圈是固定在直通轴的轴套上的都是静止不动的。硬塑密封杯、杯盖和挡冷凝水密封胶圈的作用是不让冷凝水与水蒸气进入密封杯内里面接触到里面的轴承和轴承套。

23、（4）、总结搅拌轴转动部总成的有益效果，搅拌轴上部转动部份全部在细胞培养在内。细胞培养袋的顶部有静止不动的直通轴的轴套与异形硅胶软管绑紧密封，这就实现了直通轴的轴套在细胞培养袋顶部出口完好密封。

24、（三）、细胞培养袋总成的优点：

25、（1）细胞培养袋底部的硬塑密封罩的底部与培养袋底部塑料薄膜直接密封焊接在一起，这就实现了细胞底部的完好密封。

26、（2）固定在袋内硬塑搅拌轴下端的径向磁力耦合器从动轴套与袋外的安装在不锈钢罐体底下的径向磁力耦合器驱动轴头配合。通过磁力偶合作用，使在袋内密封的情况下通过磁力驱动使袋儿内的径向磁力耦合器从动轴套转动进而使硬塑搅拌轴转动起来，带动两个硬塑搅拌桨来完成搅拌培养液工作。

27、（3）由于细胞培养袋上的多种硬塑接口、大径进气口及ph、溶氧等传感器的接口和培养袋儿的塑料薄膜密封焊接实现了这部分接口处的完好密封。

28、（4）从搅拌轴的顶部的直通轴的轴套伸出到细胞培养袋外到细胞培养袋内底部的袋内磁力传动部件形成了整个从上到下直通式搅拌轴。这种直通式搅拌轴可在轴上安装多种结构形式的多个搅拌桨，实现在培养袋内培养液不同高度液面上搅拌培养液，使培养液形成所需的流动状态和流场。更有利于细胞的生长与扩增。另一方面，这种直通搅拌轴可提高一次性搅拌罐式细胞生物反应器的整体高径比-既细高的细胞反应器。这样可大大提高细胞反应器的调节比。从而在逐级培养细胞工艺中减少细胞逐级培养中的级数。也就减少了细胞生物反应器等装备的数量、在逐级培养细胞工艺中也就减少了倒罐扩增的次数、也就减少了倒罐扩增工艺的染菌风险。同时还减少了人工、材料等费用并缩短了整个细胞培养工艺所用的生产周期。