生物反应器的制作方法

1.本发明涉及生物反应设备技术领域，具体涉及一种生物反应器。


背景技术：

2.目前，现有的生物反应器常采用搅拌器进行细胞培养，通过搅拌桨进行溶液和细胞的混合，然而搅拌桨转速过快会伤害细胞，转速过慢培养液和细胞得不到充分混合细胞无法生存。并且，现有的生物反应器采用加热套加热培养罐，操作繁琐，升温慢，温度控制精度低。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
4.本发明的一个方面提供了一种生物反应器。
5.有鉴于此，根据本发明的一个方面，提供了一种生物反应器，包括：培养罐，其上设有出气口和进气口；抽气组件，与培养罐的出气口相连通，抽气组件被配置为能够抽取培养罐内的气体；气体加热组件，一端与抽气组件组件相连通，抽气组件能够将培养罐中的气体输送到气体加热组件，另一端与培养罐的进气口相连通。
6.本发明的一个实施例所提供的生物反应器包括培养罐、抽气组件和气体加热组件，其中，培养罐上设有出气口和进气口，抽气组件与培养罐的出气口相连通，使得抽气组件能够抽取培养罐内的气体；气体加热组件的一端与抽气组件组件相连通，抽气组件能够将培养罐中的气体输送到气体加热组件，气体加热组件的另一端与培养罐的进气口相连通。抽气组件从培养罐的出气口吸入培养罐中的空气，并且，将培养罐内的空气输送到气体加热组件，气体加热组件将用户设定的特定温度的气体通过培养罐的进气口输送到培养罐中，从而能够充分的将培养罐顶部的氧气以及其他气体溶于培养罐底部的培养液中促进细胞的吸收。并且，气体加热组件能将空气加热的合适的温度后再送入培养罐中，相比于相关技术中在培养罐的侧壁上缠绕加热丝或加热毯对培养罐中的液体进行加热的技术方案，不仅省去了设置加热丝或加热毯的步骤，而且有利于生产人员观察培养罐内的状态，培养罐内的液体预热时间也更短。进一步地，由于培养罐顶部的空气仍然含有大量氧气，可以减少额外补充氧气的成本开支和染菌风险。
7.本发明的一个实施例所提供的生物反应器，使用循环空气加热培养罐中的液体，提高了培养液的溶氧量，减少氧气罐的用氧量节约成本。并且，循环空气可以起到细胞和溶液的混合作用，不需要使用搅拌桨，也解决了相关技术中采用搅拌桨进行溶液和细胞的混合，然而搅拌桨转速过快会伤害细胞，转速过慢培养液和细胞得不到充分混合细胞无法生存的技术问题。
8.另外，根据本发明上述技术方案提供的生物反应器，还具有如下附加技术特征：
9.在一种可能的设计中，抽气组件包括：空气泵，一端与培养罐的出气口相连通；流量控制器，连通空气泵和气体加热组件。
10.在该设计中，抽气组件包括空气泵和流量控制器，其中空气泵的一端与培养罐的出气口相连通，流量控制器连通空气泵和气体加热组件。在生物反应器的工作过程中，空气泵从培养罐的出气口吸入培养罐中的空气，并且，空气泵将培养罐内的空气输送到流量控制器，流量控制器将用户设定的特定流量的空气输送到气体加热组件，气体加热组件将用户设定的特定温度的气体通过进气口排入培养罐中。
11.在一种可能的设计中，生物反应器还包括：通气管组，设置在培养罐中，通气管组的一端与培养罐的进气口相连通，通气管组上设有排气孔，排气孔靠近培养罐的底部设置。
12.在该设计中，在培养罐中还设置有通气管组，通气管组的一端与培养罐的进气口相连通，通气管组上设有排气孔，使得气体加热组件将用户设定的特定温度的气体通过进气口接入培养罐内的通气管组内，进而通过排气孔排入培养罐中。进一步地，排气孔靠近培养罐的底部设置，使得空气能够进入到培养罐的底部位置，由于液体位于培养罐的底部，将排气孔设置在培养罐的底部，能够充分的将培养罐顶部的氧气以及其他气体溶于培养罐底部的培养液中促进细胞的吸收。
13.在一种可能的设计中，通气管组包括：第一通气管，第一通气管的第一端与培养罐的进气口相连通，第一通气管的第二端朝向培养罐的底部延伸；第二通气管，与第一通气管的第二端相连通，第二通气管与第一通气管之间形成夹角，第二通气管上设有排气孔。
14.在该设计中，通气管组包括第一通气管和第二通气管，第一通气管的第一端与培养罐的进气口相连通，第一通气管的第二端朝向培养罐的底部延伸，第二通气管与第一通气管的第二端相连通，使得第二通气管位于培养罐内较低的位置，第二通气管上设有排气孔。使得空气能够通过培养罐的进气口直接进入到第一通气管中，进而进入到位于培养罐中较低位置的第二通气管中，并通过位于第二通气管上的排气孔排入到培养罐中，使得空气能够进入到培养罐的底部位置，由于液体位于培养罐的底部，将排气孔设置在培养罐的底部，能够充分的将培养罐顶部的氧气以及其他气体溶于培养罐底部的培养液中促进细胞的吸收。
15.在一种可能的设计中，生物反应器还包括：蠕动泵，与培养罐相连通，蠕动泵包括泵体和软管，泵体工作能够填充软管，排空软管中的空气，以使培养罐中的液体进入软管。
16.在该设计中，生物反应器还包括与培养罐相连通的蠕动泵，通过蠕动泵能够自动更换培养罐中的液体，使得生物反应器能够在用户设置的指定时间将指定剂量的培养液换掉，解决了相关技术中的生物反应器换液功能均需要人工进行，增加了人工成本并且难以避免因人工错误操作造成的实验失败的技术问题，进而实现了细胞培养的过程中无需人工干预，通过用户的输入设定换液的时间即可实现定量定时的自动更换培养液的功能。具体地，蠕动泵包括泵体和软管，泵体工作能够填充软管，排空软管中的空气，从而使得培养罐中的液体进入软管，进而实现排出液体。
17.在一种可能的设计中，软管的直径范围为1mm至100mm。
18.在该设计中，软管的直径范围为1mm至100mm，在该范围内，一方面避免了软管的直径过小，小于1mm而导致蠕动泵排出液体过慢，以及软管易堵塞的问题，另一方面，也避免了软管的直径过大，大于100mm而导致蠕动泵排出液体过快的问题，使得蠕动泵排出液体的流速合理，使得蠕动泵的精度合理。
19.进一步地，软管的材质为硅胶管，硅胶具有无毒性、不易损坏，使用寿命长等优点。
20.在一种可能的设计中，生物反应器还包括：第一温度电极，设置在培养罐中，第一温度电极能够检测培养罐中的液体温度。
21.在该设计中，生物反应器还包括设置在培养罐中的第一温度电极，第一温度电极能够检测培养罐中的液体温度，通过直接将第一温度电极设置在培养罐内，从而能够精准调节培养罐内的温度，达到了更加精准，稳定控温的作用。
22.在一种可能的设计中，生物反应器还包括：酸碱度电极，设置在培养罐中。
23.在该设计中，生物反应器还包括设置在培养罐中的酸碱度电极，酸碱度电极能够检测培养罐中液体的ph值。进一步地，在培养罐的顶部安装有ph计，能够实时观察培养罐内液体的ph值，方便及时对培养罐内液体的ph值进行调整。
24.在一种可能的设计中，生物反应器还包括：第二温度电极，设置在气体加热组件上。
25.在该设计中，生物反应器还包括设置在气体加热组件上的第二温度电极，第二温度电极能够检测被气体加热组件加热后的空气温度。
26.可以理解的是，设置在气体加热组件上的第二温度电极与设置在培养罐中的第一温度电极的相互配合，能够实现更加精准的温度控制。
27.在一种可能的设计中，生物反应器还包括：连接管，依次连通培养罐的出气口、抽气组件、气体加热组件和培养罐的进气口。
28.在该设计中，生物反应器还包括连接管，培养罐的出气口、抽气组件、气体加热组件和培养罐的进气口依次通过连接管相连，便于实现培养罐、抽气组件和气体加热组件之间的连接，并且，连接管可以采用硅胶、橡胶等材质制成，具有易改变形状，寿命长等优点，适用于多个物体之间的连接。
29.在一种可能的设计中，气体加热组件的加热范围为35℃至45℃。
30.在该设计中，气体加热组件的加热范围为35℃至45℃，在该范围内，一方面，避免了加热后的空气温度过高，高于45℃而导致对细胞和培养液造成损伤，另一方面，也避免了加热后的温度过低，导致加热效率低的问题，使得加热温度范围合理。
31.根据本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
32.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
33.图1示出了本发明的一个实施例的生物反应器的结构示意图。
34.图中：
35.100
‑
生物反应器；110
‑
培养罐；112
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进气口；114
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出气口；120
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空气泵；130
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流量控制器；140
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气体加热组件；150
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第一通气管；152
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第二通气管；154
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排气孔；160
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第一温度电极；170
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酸碱度电极；180
‑
连接管。
具体实施方式
36.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实
施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
37.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
38.下面参照图1来描述根据本发明的一些实施例提供的生物反应器100。
39.如图1所示，本发明一个方面的实施例提供了一种生物反应器100，包括：培养罐110，其上设有出气口114和进气口112；抽气组件，与培养罐110的出气口114相连通，抽气组件被配置为能够抽取培养罐110内的气体；气体加热组件140，一端与抽气组件组件相连通，抽气组件能够将培养罐110中的气体输送到气体加热组件140，另一端与培养罐110的进气口112相连通。
40.本发明的一个实施例所提供的生物反应器100包括培养罐110、抽气组件和气体加热组件140，其中，培养罐110上设有出气口114和进气口112，抽气组件与培养罐110的出气口114相连通，使得抽气组件能够抽取培养罐110内的气体；气体加热组件140的一端与抽气组件组件相连通，抽气组件能够将培养罐110中的气体输送到气体加热组件140，气体加热组件140的另一端与培养罐110的进气口112相连通。抽气组件从培养罐110的出气口114吸入培养罐110中的空气，并且，将培养罐110内的空气输送到气体加热组件140，气体加热组件140将用户设定的特定温度的气体通过培养罐110的进气口112输送到培养罐110中，从而能够充分的将培养罐110顶部的氧气以及其他气体溶于培养罐110底部的培养液中促进细胞的吸收。并且，气体加热组件140能将空气加热的合适的温度后再送入培养罐110中，相比于相关技术中在培养罐的侧壁上缠绕加热丝或加热毯对培养罐中的液体进行加热的技术方案，不仅省去了设置加热丝或加热毯的步骤，而且有利于生产人员观察培养罐内的状态，培养罐内的液体预热时间也更短。进一步地，由于培养罐110顶部的空气仍然含有大量氧气，可以减少额外补充氧气的成本开支和染菌风险。
41.本发明的一个实施例所提供的生物反应器100，使用循环空气加热培养罐110中的液体，提高了培养液的溶氧量，减少氧气罐的用氧量节约成本。并且，循环空气可以起到细胞和溶液的混合作用，不需要使用搅拌桨，也解决了相关技术中采用搅拌桨进行溶液和细胞的混合，然而搅拌桨转速过快会伤害细胞，转速过慢培养液和细胞得不到充分混合细胞无法生存的技术问题。
42.如图1所示，在本发明的一个具体实施例中，气体加热组件140为ptc加热模块，半导体制热模块或电热丝等。
43.在本发明的一个实施例中，抽气组件包括：空气泵120，一端与培养罐110的出气口114相连通；流量控制器130，连通空气泵120和气体加热组件140。
44.在该实施例中，抽气组件包括空气泵120和流量控制器130，其中空气泵120的一端与培养罐110的出气口114相连通，流量控制器130连通空气泵120和气体加热组件140。在生物反应器100的工作过程中，空气泵120从培养罐110的出气口114吸入培养罐110中的空气，并且，空气泵120将培养罐110内的空气输送到流量控制器130，流量控制器130将用户设定的特定流量的空气输送到气体加热组件140，气体加热组件140将用户设定的特定温度的气体通过进气口112排入培养罐110中。
45.如图1所示，在本发明的一个实施例中，生物反应器100还包括：通气管组，设置在培养罐110中，通气管组的一端与培养罐110的进气口112相连通，通气管组上设有排气孔154，排气孔154靠近培养罐110的底部设置。
46.在该实施例中，在培养罐110中还设置有通气管组，通气管组的一端与培养罐110的进气口112相连通，通气管组上设有排气孔154，使得气体加热组件140将用户设定的特定温度的气体通过进气口112接入培养罐110内的通气管组内，进而通过排气孔154排入培养罐110中。进一步地，排气孔154靠近培养罐110的底部设置，使得空气能够进入到培养罐110的底部位置，由于液体位于培养罐110的底部，将排气孔154设置在培养罐110的底部，能够充分的将培养罐110顶部的氧气以及其他气体溶于培养罐110底部的培养液中促进细胞的吸收。
47.如图1所示，在本发明的一个实施例中，通气管组包括：第一通气管150，第一通气管150的第一端与培养罐110的进气口112相连通，第一通气管150的第二端朝向培养罐110的底部延伸；第二通气管152，与第一通气管150的第二端相连通，第二通气管152与第一通气管150之间形成夹角，第二通气管152上设有排气孔154。
48.在该实施例中，通气管组包括第一通气管150和第二通气管152，第一通气管150的第一端与培养罐110的进气口112相连通，第一通气管150的第二端朝向培养罐110的底部延伸，第二通气管152与第一通气管150的第二端相连通，使得第二通气管152位于培养罐110内较低的位置，第二通气管152上设有排气孔154。使得空气能够通过培养罐110的进气口112直接进入到第一通气管150中，进而进入到位于培养罐110中较低位置的第二通气管152中，并通过位于第二通气管152上的排气孔154排入到培养罐110中，使得空气能够进入到培养罐110的底部位置，由于液体位于培养罐110的底部，将排气孔154设置在培养罐110的底部，能够充分的将培养罐110顶部的氧气以及其他气体溶于培养罐110底部的培养液中促进细胞的吸收。
49.在一个具体实施例中，第一通气管150在培养罐110内竖直设置，第二通气管152在培养罐110内水平设置，既使得第一通气管150和第二通气管152的结构简单，设置方便，也能够确保位于第二通气管152上的排气孔154处于培养罐110中较低的位置，进而能够充分的将培养罐110顶部的氧气以及其他气体溶于培养罐110底部的培养液中促进细胞的吸收。
50.如图1所示，在本发明的一个实施例中，生物反应器100还包括：蠕动泵，与培养罐110相连通，蠕动泵包括泵体和软管，泵体工作能够填充软管，排空软管中的空气，以使培养罐110中的液体进入软管。
51.在该实施例中，生物反应器100还包括与培养罐110相连通的蠕动泵，通过蠕动泵能够自动更换培养罐110中的液体，使得生物反应器100能够在用户设置的指定时间将指定剂量的培养液换掉，解决了相关技术中的生物反应器换液功能均需要人工进行，增加了人工成本并且难以避免因人工错误操作造成的实验失败的技术问题，进而实现了细胞培养的过程中无需人工干预，通过用户的输入设定换液的时间即可实现定量定时的自动更换培养液的功能。具体地，蠕动泵包括泵体和软管，泵体工作能够填充软管，排空软管中的空气，从而使得培养罐110中的液体进入软管，进而实现排出液体。
52.在本发明的一个实施例中，软管的直径范围为1mm至100mm。
53.在该实施例中，软管的直径范围为1mm至100mm，在该范围内，一方面避免了软管的
直径过小，小于1mm而导致蠕动泵排出液体过慢，以及软管易堵塞的问题，另一方面，也避免了软管的直径过大，大于100mm而导致蠕动泵排出液体过快的问题，使得蠕动泵排出液体的流速合理，使得蠕动泵的精度合理。
54.进一步地，软管的材质为硅胶管，硅胶具有无毒性、不易损坏，使用寿命长等优点。
55.当然，本方案并不局限于此，可以理解的是，本领域技术人员根据培养罐110的容积设计布局，可以对软管的直径范围在1mm～100mm的范围外做适当微调，此处就不再针对该方面具体情况作一一列举了，但在不脱离本设计构思的前提下均属于本方案的保护范围。
56.如图1所示，在本发明的一个实施例中，生物反应器100还包括：第一温度电极160，设置在培养罐110中，第一温度电极160能够检测培养罐110中的液体温度。
57.在该实施例中，生物反应器100还包括设置在培养罐110中的第一温度电极160，第一温度电极160能够检测培养罐110中的液体温度，通过直接将第一温度电极160设置在培养罐110内，从而能够精准调节培养罐110内的温度，达到了更加精准，稳定控温的作用。
58.如图1所示，在本发明的一个实施例中，生物反应器100还包括：酸碱度电极，设置在培养罐110中。
59.在该实施例中，生物反应器100还包括设置在培养罐110中的酸碱度电极，酸碱度电极能够检测培养罐110中液体的ph值。进一步地，在培养罐110的顶部安装有ph计，能够实时观察培养罐110内液体的ph值，方便及时对培养罐110内液体的ph值进行调整。
60.如图1所示，在本发明的一个实施例中，生物反应器100还包括：第二温度电极，设置在气体加热组件140上。
61.在该实施例中，生物反应器100还包括设置在气体加热组件140上的第二温度电极，第二温度电极能够检测被气体加热组件140加热后的空气温度。
62.可以理解的是，设置在气体加热组件140上的第二温度电极与设置在培养罐110中的第一温度电极160的相互配合，能够实现更加精准的温度控制。
63.如图1所示，在本发明的一个实施例中，生物反应器100还包括：连接管，依次连通培养罐110的出气口114、抽气组件、气体加热组件140和培养罐110的进气口112。
64.在该实施例中，生物反应器100还包括连接管，培养罐110的出气口114、抽气组件、气体加热组件140和培养罐110的进气口112依次通过连接管相连，便于实现培养罐110、抽气组件和气体加热组件140之间的连接，并且，连接管可以采用硅胶、橡胶等材质制成，具有易改变形状，寿命长等优点，适用于多个物体之间的连接。
65.在本发明的一个实施例中，气体加热组件140的加热范围为35℃至45℃。
66.在该实施例中，气体加热组件140的加热范围为35℃至45℃，在该范围内，一方面，避免了加热后的空气温度过高，高于45℃而导致对细胞和培养液造成损伤，另一方面，也避免了加热后的温度过低，导致加热效率低的问题，使得加热温度范围合理。
67.需要说明的是，相关技术中，采用搅拌桨对培养液和细胞进行混合，在培养罐四周缠绕加热毯或加热丝进行培养液的加热，通过额外的氧气瓶或空气瓶中的空气通入培养罐。相关技术具有如下缺点，搅拌速度不可调，不适于贴壁细胞的培养；搅拌速度过快容易损伤细胞，搅拌速度过慢使得培养液与细胞混合不充分影响细胞生长；需要连接单独的气瓶，加热丝/加热毯，维护成本高操作复杂。而本发明的一个实施例所提供的生物反应器
100，如图1所示，通过设置抽气组件从培养罐110的出气口114吸入培养罐110中的空气，并且，将培养罐110内的空气输送到气体加热组件140，气体加热组件140将用户设定的特定温度的气体通过培养罐110的进气口112输送到培养罐110中，从而能够充分的将培养罐110顶部的氧气以及其他气体溶于培养罐110底部的培养液中促进细胞的吸收。并且，气体加热组件140能将空气加热的合适的温度后再送入培养罐110中，相比于相关技术中在培养罐110的侧壁上缠绕加热丝或加热毯对培养罐110中的液体进行加热的技术方案，不仅省去了设置加热丝或加热毯的步骤，而且有利于生产人员观察培养罐110内的状态，培养罐110内的液体预热时间也更短。进一步地，由于培养罐110顶部的空气仍然含有大量氧气，可以减少额外补充氧气的成本开支和染菌风险。进一步地，使用循环空气加热培养罐110中的液体，提高了培养液的溶氧量，减少氧气罐的用氧量节约成本。并且，循环空气可以起到细胞和溶液的混合作用，不需要使用搅拌桨，也解决了相关技术中采用搅拌桨进行溶液和细胞的混合，然而搅拌桨转速过快会伤害细胞，转速过慢培养液和细胞得不到充分混合细胞无法生存的技术问题。
68.需要说明的是，相关技术中，为了将培养罐内的液体加热，一般采用加热套包裹在培养罐外壁的方法，为了检测温度需要将温度传感器安装在加热套上，并采用pid算法控制加热时间(打开/关闭加热套)。然而加热套本身的温度往往并非培养罐里的真实温度。为了能够精准调节罐内温度，本发明在培养罐110内安装高精度的第一温度电极160实时获取培养罐110内温度，如图1所示，同时使用脉冲占空比(pwm)达到更精准的控制加热管的功率。这样培养罐110内和培养罐110外的温度控制系统协同控制，培养罐110外温控系统进行粗调，培养罐110内进行精调。达到了更加精准，稳定的作用。
69.在本说明书的描述中，术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
70.在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
71.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。