拌器(例如磁珠)在有磁场时有磁荷，但一旦远离磁场，或者是磁场离开搅拌器附近，便不再有磁荷，例如，当磁场发生器失电的时候。磁性材料一般由每个磁珠21的磁芯组成。磁芯可以用任何适合的材料包裹。在一个实例中，磁芯裹以聚苯乙烯；但是，磁芯可以被包裹上以任何适合的材料并保持在本专利展示的范围内。例如，但不限于此种情况，磁芯可以裹以任何适合的热塑或热固性聚合物。虽然磁珠21所示采用可磁化材料建造，但是这些磁珠可以采用任何适合的材料制成，磁性的或非磁性的，并均在本专利展示的范围。另外，最好将磁珠21每个都裹以任何适合的材料，使得靶细胞在培养室15内生长时附连于磁珠上，然而，不包裹能使靶细胞粘附的特殊材料的磁珠也在在本专利展示的范围内。一些实例中，可能需要让磁珠21能够在细胞培养基中浮动；因此，磁珠芯可能有气穴或气泡，如采用轻型泡沫、塑料或任何其它适合的材料，磁珠21可以在培养基内浮动。
[0041]磁珠21在设计上，能够保证它们在聚集在一处时，磁珠21之间可以形成一个或多个小生态环境或微环境。一些实例中，这些小生态环境可以促进其内更多的靶细胞生长。在一个实例中，如果磁珠实质为球形，每个磁珠21的直径可以介于1-10毫米，可以形成适合的小生态环境。但是，值得重视的是磁珠21可以做任何适合的规格和/或形状，以方便在这些磁珠21叠加在一处时，当中形成一个或多个适合的小生态环境。在一些磁珠与培养室的一面或多面内壁之间形成至少若干小生态环境也适合于本专利。
[0042]再参见图1，调控系统30可以包括调控器55和计算机60，一台或两台都可以，用于调控系统10的运行。另外，系统10也可以手动操作。调控系统30可配置为以反馈方式连接培养室15。调控系统30可以有个卡盒50，用于放置培养室15，但是最好能将培养室15可以通过任何适合的方法或配置形式(例如夹片、挂钩、磁铁、钩环组件、摩擦密合等)连到卡盒50由调控系统操纵，并保持在本专利要求范围内。
[0043]调控系统30还可以包括光源2和细胞检测器9，用于检测培养室15内的细胞数量，检测培养室15内细胞数量的变化和类似条件，以及报告结果给调控系统30。另外，调制系统30，借助任何适合的检测装置、机制或方法，可以监控靶细胞生长过程中任何相应的参数，例如但不限于，靶细胞数量的变化、PH值、CO2、葡萄糖、钙、钾、钠、温度、湿度或任何其它适合的因数，和调整培养室内搅拌器移动的频率和/或速度，和/或调整培养基数量、培养基类型、缓冲液数量、缓冲液类型、二氧化碳量或根据控制系统任何测量值执行任何其它适合的调整，以提高或促进培养室15内靶细胞的生长。
[0044]调控系统30可以让搅拌器在培养室15的内室35中移动。可以有许多种实现方式。在所示实例中，调控系统包括一台电机65，在第一个位置和第二个位置之间驱动旋转培养室15。将如下所示，第一个位置与第二个位置相隔大约180度，但第一个和第二个位置互相间可以采用任何适合的角度，均不超出当前展示范围。培养室15可以水平面旋转、垂直面旋转或旋转、移动、滑动或以任何适合方式移动，只要是让搅拌器20在培养室15内移动便可。
[0045]另外，控制系统30可以有第一和第二台磁场发生器70、72，用于激发磁珠21或其它的搅拌器20的磁性，以便在培养室15内移动磁珠21，混合靶细胞和培养基。在所示实例中，每台磁场发生器为电磁铁，带电时产生磁场，失电时失去磁场。带电时，每个磁场发生器吸引搅拌器20，例如磁珠21朝向带电的磁场发生器移动。而在另外一个实例中，使用的是永磁铁，控制系统30可操纵磁铁远离培养室15附近，或者是以其它方式阻隔磁铁的磁场，防止其影响培养室15。虽然所示实例同时协调应用用培养室翻转和电磁铁在培养室内移动搅拌器，但是翻转培养室和电磁铁均可以单独采用。而且，在培养室内移动搅拌器的任何工艺技术均适用，并保持在本专利权力要求范围内。
[0046]现在参见图3，图为用于细胞扩增的生物反应器的另一个实施例。包括细胞培养室(容器)19，旋转电机21，培养容器19和旋转电机21之间的接头(轴)18，为了使培养容器在水平和垂直之间位置变化的轴22。一个完整的生物反应器还包括如图1所示的2、9、8、30、55、60 和 65。
[0047]当培养容器19在垂直位置，旋转电机21通过连接器18使培养容器在特定的速度(通常为2-60rpm)旋转，保持细胞悬浮(图3a)。当动态培养停止的时候，电机(可以是图1中的伺服电机65)通过接头22使培养容器从垂直位置转变到水平位置。随着培养容器的位置变化，翻转速度逐渐降低到0，最小化的减小惯性对细胞分布的影响。因此，当培养容器达到水平位置(图3b)，悬浮的细胞自由降落到培养容器19的下部。虽然图3b中静态培养时培养容器正面朝上，但是其他方向，比如朝下，仍保持在本专利权力要求范围内。虽然最佳翻转速度范围(2rpm到60rpm)，培养容器减速速率范围(-5rpm2到-120rpm 2)，转速与降速的比的范围(I到160)，培养容器位置变化的速率的范围(0.1到60rpm)可以是细胞在静态培养时保持悬浮，但是其他的翻转速度、培养容器减速速率、转速与减速率之比、培养容器位置变化仍保持在本专利权力要求范围内。虽然搅拌器、细胞载体和其他可能的材料没有在图3a和3b中展示出来，在生物反应器中的这些材料仍保持在本专利权力要求范围内。
【主权项】
1.用于培养细胞的生物反应器可以在同一个培养容器中包含三种可能的状态，静态、动态或动静态交替的状态，动态培养后紧接着的静态培养中的细胞保持均匀分布。2.根据权利要求1，所述的生物反应器的细胞培养在两个状态之间转换，包括从静态到动态、从动态到静态，在后者转换后细胞可以均匀分布在细胞培养容器的底部和/或细胞培养容器底部的任何材料上。3.根据权利要求1，所述的生物反应器可以培养所有种类的细胞，包括悬浮细胞、贴壁细胞和部分贴壁细胞，在培养容器中，贴壁细胞可以依附在载体上。4.根据权利要求1，所述的生物反应器系统的动态包括细胞在培养基里运动，培养基围绕细胞流动、培养容器运动或者以上的任意组合。5.根据权利要求1，所述的生物反应器的静态包括细胞相对于细胞培养容器、细胞培养基、生物反应器或细胞培养环境都不运动的任何情况。6.根据权利要求1，所述的生物反应器可以在权利要求4所述的运动状态和权利要求5所述的静止状态自由的任意转换，无论任何时间、任何速度以及任何频率。7.根据权利要求1，所述的生物反应器包括一个含有可翻转的细胞培养容器和磁力搅拌装置结合的系统。8.根据权利要求1，所述的生物反应器包含一个可以结合培养容器旋转培养和另一个静态培养的系统。9.根据权利要求1，所述的生物反应器的静态、动态、动静态交替的三种状态，由电脑或其他自动、手动系统程序调控。10.根据权利要求6所述的转换生物反应器的三种状态的时间、速度和频率，由电脑或其他自动、手动系统程序调控。11.根据权利要求1所述的生物反应器的细胞培养的方法包括准备、培养和收获细胞，以及程序调控的静态培养、动态培养和动静态交替培养。12.根据权利要求1所述的生物反应器的细胞培养的方法包括在动态培养后保持细胞均勾分布的静态培养。
【专利摘要】本发明涉及一个生物反应器系统，其特征在于它在相同的细胞培养容器中可以进行所有三种状态的细胞培养方面的能力，这三个状态为静态、动态或静态和动态交替的状态，该系统在动态培养之后的细胞静态培养中使细胞均匀分布。在所发明的生物反应器系统中，磁控搅拌和细胞培养容器翻转的联合应用，以及垂直旋转培养和水平静态培养的联合应用是构建理想的在相同的细胞培养容器中进行动、静态交替的细胞培养物生物反应器的两种策略，其可以最小化剪切力并提供给细胞理想的代谢环境。
【IPC分类】C12M3/00, C12M1/06, C12M1/36
【公开号】CN105121621
【申请号】CN201380049294
【发明人】张永新
【申请人】张永新
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2013年9月29日
【公告号】EP2909303A2, WO2014132101A2, WO2014132101A3