專利名稱：帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一次性波浪式生物反應(yīng)器領(lǐng)域，更具體而言，本發(fā)明涉及一種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
一次性波浪生物反應(yīng)器是1996年以來發(fā)展起來的可用于多種細胞培養(yǎng)的設(shè)備。針對經(jīng)典罐式生物反應(yīng)器利用機械攪拌或氣升式實現(xiàn)混合和供氧對細胞產(chǎn)生較高的剪切力而導(dǎo)致的細胞損傷，一次性波浪生物反應(yīng)器在設(shè)計原理上摒棄了機械攪拌和氣升式混合，尤其適用于對培養(yǎng)過程中混合和通氣所產(chǎn)生的剪切力敏感的細胞培養(yǎng)。該反應(yīng)器將細胞和培養(yǎng)液置于無菌的一次性細胞培養(yǎng)袋中，放在特殊設(shè)計的搖動平臺上。平臺的搖動在培養(yǎng)液中產(chǎn)生波浪。通過波浪代替攪拌和氣升實現(xiàn)培養(yǎng)物的均勻混合，通過波浪使氣體通過與培養(yǎng)物的表面接觸更新實現(xiàn)氧氣傳遞，從而產(chǎn)生一個低剪切力和相對高傳氧效率的培養(yǎng)環(huán)境，實現(xiàn)細胞的高效培養(yǎng)生長和目標產(chǎn)物的生產(chǎn)。同時波浪生物反應(yīng)器購置前已完成清洗、滅菌和認證，使用者一次性使用，這使操作十分輕松且避免交叉污染。在一次性波浪生物反應(yīng)器中，波浪的產(chǎn)生可使培養(yǎng)液充分混合并使培養(yǎng)液通過氣液表面更新含有細胞所需要的氣體，并且這種混合十分輕柔可以培養(yǎng)各種微載體上的貼壁依賴型細胞。波浪運動可部分防止沉淀產(chǎn)生并在不產(chǎn)生泡沫下提供溶氧。一次性波浪生物反應(yīng)器的應(yīng)用與罐式生物反應(yīng)器相比降低了后者初始的投資；可在勞動力、設(shè)備、廠房設(shè)計以及驗證方面實實在在地節(jié)省可觀的費用。它們干凈、即買即用、不需要滅菌，因此也就減少了如沖洗用水系統(tǒng)(WFI)和蒸汽發(fā)生器檢修的需求。一次性波浪生物反應(yīng)器不需要后續(xù)的操作，消除了工藝流程運行之間交叉污染的可能性。因為減少或擯棄了對不銹鋼設(shè)備的需求，也可以避免了設(shè)備組裝的長周期和停工待料時間。系統(tǒng)的復(fù)雜度降低，因而所涉及的工程需求也同樣減少。再也無需在位清洗(CIP)或在位滅菌(SIP)操作，以及相關(guān)的管道、閥門、控制器或容器的壓力等級。此外，一次性波浪生物反應(yīng)器的使用還降低了驗證的復(fù)雜 度。因為幾乎沒有可反復(fù)使用的組件，也就沒有什么項目需要跟蹤，也就節(jié)省了大量的滅菌、清潔驗證研究。最后，通過消除了堅固的管道系統(tǒng)和固定發(fā)酵罐的限制，一次性波浪生物反應(yīng)器還有利于實現(xiàn)更快速的改裝以便用于新流程的運行和新產(chǎn)品的生產(chǎn)。此外，一次性波浪式生物反應(yīng)器系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)的復(fù)雜程度也較低，目前一次性波浪式生物反應(yīng)器在培養(yǎng)規(guī)模方面可以達到20-2000L。盡管一次性波浪式生物反應(yīng)器有如上優(yōu)勢并已在蛋白、抗體和疫苗的動物細胞培養(yǎng)生產(chǎn)上獲得廣泛運用，但是針對在細胞培養(yǎng)過程中耗氧速率高、培養(yǎng)細胞密度高、培養(yǎng)細胞顆粒大易沉淀以及培養(yǎng)物黏度高的體系則難以滿足培養(yǎng)過程對混合傳質(zhì)和供氧的要求，從而導(dǎo)致培養(yǎng)效率低甚至培養(yǎng)難以成功。同時依靠表面通氣和表面氣液混合實現(xiàn)供氧必需要有一個大的比表面積，要實現(xiàn)充分的供氧反應(yīng)器的有效裝液系數(shù)一般都只有1/3到1/2的反應(yīng)器體積，而經(jīng)典的罐式生物反應(yīng)器可達80%以上。這種表面通氣方式適用于小體積生物反應(yīng)器的細胞培養(yǎng)，當使用超過20L甚至更大些的生物反應(yīng)器時，表面提供氣體的方式難以滿足細胞生長所需的氣體供應(yīng)，特別是難于滿足高耗氧細胞的培養(yǎng)。同時表面更新供氣造成大量的氣體浪費，尤其在工業(yè)規(guī)模更為突出。上述問題與一次性波浪式生物反應(yīng)器的發(fā)明原理與生俱來的，因此使得目前的一次性波浪式生物反應(yīng)器成本高，應(yīng)用僅局限于特別昂貴的產(chǎn)品，同時不適用細胞易于沉淀和對氧傳遞又較高需求的培養(yǎng)體系。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器。本發(fā)明的另一個目的是提供第二種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器?！N帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器，包括袋體，所述袋體上設(shè)置有接種口、培養(yǎng)基進料口、進氣口、出氣口、取樣口、傳感器介入口和出料口，所述袋體的下面設(shè)置有造浪器，在所述袋體的袋壁上設(shè)置有1-40個安裝接口，帶有進氣管的氣體接頭通過管路與除菌過濾器連接后再通過管路穿過所述安裝接口與設(shè)置在所述袋體內(nèi)的曝氣頭連接。第二種帶 有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器，包括袋體，所述袋體上設(shè)置有接種口、培養(yǎng)基進料口、進氣口、出氣口、取樣口、傳感器介入口和出料口，所述袋體的下面設(shè)置有造浪器，在所述袋體的袋壁上設(shè)置有1-40個安裝接口，帶有進氣管的氣體接頭通過管路與除菌過濾器連接后再與安裝接口的外端口連接，安裝接口的內(nèi)端口通過管路與設(shè)置在所述袋體內(nèi)的曝氣頭連接。所述安裝接口優(yōu)選2-15個。所述袋體的袋壁包括頂壁、側(cè)壁和底壁，所述安裝接口設(shè)置在所述頂壁、側(cè)壁和底壁的至少一壁上。所述曝氣頭為膜片式、棒式、散流式、管式、環(huán)管式或網(wǎng)格式曝氣頭。曝氣頭的出氣孔的孔徑較好的是5-200微米，優(yōu)選為50-100微米。本發(fā)明的帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器可以為超過20L甚至更大些的生物反應(yīng)器的細胞生長提供一個良好的供氣。特別是對在細胞培養(yǎng)過程中耗氧速率高、培養(yǎng)細胞密度高、及培養(yǎng)物黏度高的體系提供充分的供氧，有利于實現(xiàn)高耗氧細胞培養(yǎng)的規(guī)?；糯蠛彤a(chǎn)業(yè)化，氣體成本可節(jié)約70%。同時對耗氧要求不高的細胞培養(yǎng)，可以提高反應(yīng)器的有效培養(yǎng)體積，大大降低培養(yǎng)成本。本發(fā)明的帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器培養(yǎng)的細胞要好于現(xiàn)有技術(shù)典型的一次性波浪式生物反應(yīng)器培養(yǎng)的細胞。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的一次性波浪式生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器。圖3為葡萄細胞在本發(fā)明的帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器和現(xiàn)有技術(shù)的一次性波浪式生物反應(yīng)器中懸浮培養(yǎng)7天后收獲細胞的絕對生長量。圖4為葡萄細胞在本發(fā)明帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器和現(xiàn)有技術(shù)的一次性波浪式生物反應(yīng)器中懸浮培養(yǎng)7天，其中不同的培養(yǎng)時間氧氣的百分比含量。圖5為葡萄細胞在本發(fā)明帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器和現(xiàn)有技術(shù)的一次性波浪式生物反應(yīng)器中懸浮培養(yǎng)7天，本發(fā)明的生物反應(yīng)器比現(xiàn)有技術(shù)的一次性波浪式生物反應(yīng)器溶氧值要高2-3mg/L。圖6為葡萄細胞在本發(fā)明帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器和現(xiàn)有技術(shù)的一次性波浪式生物反應(yīng)器中懸浮培養(yǎng)7天，可以看到帶有本發(fā)明的反應(yīng)器比現(xiàn)有技術(shù)的反應(yīng)器培養(yǎng)的細胞的花青素高出4.4倍。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。

一種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器(見圖2)，包括袋體I，袋體上設(shè)置有接種口、培養(yǎng)基進料口、進氣口、出氣口、取樣口、傳感器介入口和出料口，袋體的下面設(shè)置有造浪器7，在袋體的袋壁上設(shè)置有1-40個安裝接口 2，帶有進氣管3的氣體接頭6通過管路與除菌過濾器5連接后再通過管路穿過所述安裝接口與設(shè)置在袋體內(nèi)的曝氣頭4連接。第二種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器，包括袋體，所述袋體上設(shè)置有接種口、培養(yǎng)基進料口、進氣口、出氣口、取樣口、傳感器介入口和出料口，所述袋體的下面設(shè)置有造浪器，在所述袋體的袋壁上設(shè)置有1-40個安裝接口，帶有進氣管的氣體接頭通過管路與除菌過濾器連接后再與安裝接口的外端口連接，安裝接口的內(nèi)端口通過管路與設(shè)置在所述袋體內(nèi)的曝氣頭連接。安裝接口優(yōu)選2個、3個、4個……15個。袋體的袋壁包括頂壁、側(cè)壁和底壁，安裝接口可以設(shè)置在頂壁上，也可以設(shè)置在側(cè)壁上，也可以設(shè)置在底壁上，也可以根據(jù)需要同時設(shè)置在頂壁和側(cè)壁上或同時設(shè)置在頂壁和底壁上或同時設(shè)置在側(cè)壁和底壁上，還可發(fā)同時設(shè)置在頂壁、側(cè)壁和底壁上。根據(jù)細胞培養(yǎng)的需求，選用不同形式的曝氣頭，可以選膜片式、棒式、散流式、管式、環(huán)管式或網(wǎng)格式曝氣頭。曝氣頭的出氣孔的孔徑較好的是5-200微米，優(yōu)選為50-100微米。本發(fā)明在只使用表面通氣的一次性波浪式生物反應(yīng)器中同時引入液下的通氣，針對高耗氧需求的細胞培養(yǎng)以解決其供氧不足的問題。氣體接頭上的進氣管可以是多個，可以與多種氣源連接，根據(jù)培養(yǎng)需求通入單一或者混合的氣體成分。根據(jù)細胞培養(yǎng)對氣體成分的需求可以調(diào)節(jié)氣體組成成分、曝氣頭形式、曝氣頭在培養(yǎng)液中的分布。下面通過具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明。實施例1葡萄細胞培養(yǎng)現(xiàn)有技術(shù)的一次性波浪式生物反應(yīng)器型號為20L，本發(fā)明的帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器也為20L，但細胞的培養(yǎng)體積不同，本發(fā)明的帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器培養(yǎng)細胞30L，現(xiàn)有技術(shù)的一次性波浪式生物反應(yīng)器培養(yǎng)細胞20L，葡萄細胞的各項指標均合格，但帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器的細胞絕對生長量要比現(xiàn)有技術(shù)正常的一次性波浪式生物反應(yīng)器的細胞絕對生長量高50%。見圖3，圖中所示為葡萄細胞在帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器和現(xiàn)有技術(shù)的一次性波浪式生物反應(yīng)器中懸浮培養(yǎng)7天后收獲細胞的絕對生長量。本實施例采用的是第一種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器，經(jīng)實驗，第二種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器用于細胞培養(yǎng)也具有相似的效果。實施例2葡萄細胞培養(yǎng)葡萄細胞在本發(fā)明200L帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器和200L現(xiàn)有技術(shù)的一次性波浪式生物反應(yīng)器中懸浮培養(yǎng)7天，其中不同的培養(yǎng)時間氧氣的百分比含量，可以明顯得出本發(fā)明的200L帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器比現(xiàn)有技術(shù)的200L一次性波浪式生物反應(yīng)器用氧量要節(jié)約60%，見圖4。本實施例采用的是第一種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器，經(jīng)實驗，第二種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器用于細胞培養(yǎng)也具有相似的效果。實施例3葡萄細胞培養(yǎng)葡萄細胞在本發(fā)明200L帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器和200L現(xiàn)有技術(shù)的一次性波浪式生物反應(yīng)器中懸浮培養(yǎng)7天，可以明顯看出本發(fā)明的曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器比現(xiàn)有技術(shù)的反應(yīng)器溶氧值要高2-3mg/L。說明本發(fā)明的效果明顯，優(yōu)勢突出，見圖5。本實施例采用的是第一種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器，經(jīng)實驗，第二種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器用于細胞培養(yǎng)也具有相似的效果。實施例4
葡萄細胞在本發(fā)明200L帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器和200L —次性波浪式生物反應(yīng)器中懸浮培養(yǎng)7天，可以看到本發(fā)明的曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器比現(xiàn)有技術(shù)的反應(yīng)器培養(yǎng)的細胞的花青素高出4.4倍。解決了工業(yè)上細胞體積放大后細胞本身不產(chǎn)目標產(chǎn)物的難題，見圖6。本實施例采用的是第一種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器，經(jīng)實驗，第二種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器用于細胞培養(yǎng)也具有相似的效果。本發(fā)明是以培養(yǎng)葡萄細胞為例，是為了說明本發(fā)明的效果，但并不用于限制所培養(yǎng)的物質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器，包括袋體，所述袋體上設(shè)置有接種口、培養(yǎng)基進料口、進氣口、出氣口、取樣口、傳感器介入口和出料口，所述袋體的下面設(shè)置有造浪器，其特征是在所述袋體的袋壁上設(shè)置有1-40個安裝接口，帶有進氣管的氣體接頭通過管路與除菌過濾器連接后再通過管路穿過所述安裝接口與設(shè)置在所述袋體內(nèi)的曝氣頭連接。
2.一種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器，包括袋體，所述袋體上設(shè)置有接種口、培養(yǎng)基進料口、進氣口、出氣口、取樣口、傳感器介入口和出料口，所述袋體的下面設(shè)置有造浪器，其特征是在所述袋體的袋壁上設(shè)置有1-40個安裝接口，帶有進氣管的氣體接頭通過管路與除菌過濾器連接后再與安裝接口的外端口連接，安裝接口的內(nèi)端口通過管路與設(shè)置在所述袋體內(nèi)的曝氣頭連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器，其特征是所述安裝接口為2-15個。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器，其特征是所述袋體的袋壁包括頂壁、側(cè)壁和底壁，所述安裝接口設(shè)置在所述頂壁、側(cè)壁和底壁的至少一壁上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器，其特征是所述曝氣頭為膜片式、棒式、散流式、管式、環(huán)管式或網(wǎng)格式曝氣頭。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器，其特征是曝氣頭的出氣孔的孔徑為5-200微米。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器，其特征是曝氣頭的出氣孔的孔徑為5 0-100微米。
全文摘要
本發(fā)明公開了帶有曝氣裝置的一次性波浪式生物反應(yīng)器，包括袋體，所述袋體上設(shè)置有接種口、培養(yǎng)基進料口、進氣口、出氣口、取樣口、傳感器介入口和出料口，所述袋體的下面設(shè)置有造浪器，其特征是在所述袋體的袋壁上設(shè)置有1-40個安裝接口，帶有進氣管的氣體接頭通過管路與除菌過濾器連接后再通過管路穿過所述安裝接口與設(shè)置在所述袋體內(nèi)的曝氣頭連接。本發(fā)明的反應(yīng)器可以為細胞生長提供一個良好的供氣。特別是對在細胞培養(yǎng)過程中耗氧速率高、培養(yǎng)細胞密度高及培養(yǎng)物黏度高的體系提供充分供氧，有利于實現(xiàn)高耗氧細胞培養(yǎng)的規(guī)?；糯蠛彤a(chǎn)業(yè)化，氣體成本降低。同時對耗氧要求不高的細胞培養(yǎng)，可以提高反應(yīng)器的有效培養(yǎng)體積，大大降低培養(yǎng)成本。
文檔編號C12M3/00GK103224882SQ20121002172
公開日2013年7月31日 申請日期2012年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月31日
發(fā)明者張衛(wèi), 魏先宇 申請人:天津艾賽博生物技術(shù)有限公司