一种一次性生物反应器及其制造方法与流程

1.本技术涉及技术领域，尤其是涉及一种一次性生物反应器及其制造方法。


背景技术：

2.生物反应器主要应用于动物、植物、昆虫及微生物等不同类型细胞的培养上，用于生产小分子、大分子的代谢产物或细胞本身，产品可作为预防性或治疗性生物制品，对于生物制药上游工艺，生物反应器是核心设备。在整个生物药产品生命周期中，上游工艺开发包括临床实验前的工艺研究、临床实验后期的工艺表征和临床实验后的商业化生产，不同阶段对生物反应器的体积及通量要求不同，但总体要求生物反应器设计理念保持一致，从而实现低成本条件下最大化产出具有相同目标质量属性产品的目的。
3.对于工艺开发（process development， pd）及工艺表征阶段（process characterization，pc）目前主要采用的是玻璃罐体的生物反应器，该种生物反应器可以重复使用，但每次使用都需要耗时费力的清洗、组装、灭菌及实验前准备的过程，包括但不限于罐体的清洗；进出液管路、进出气管路的组装;传统极谱式ph、do电极极化;罐体灭菌后的降温冷却；接种前的密封性测试、无菌性验证、罐体清洗清洁验证。以上操作非常浪费人力，而且花费很多的时间，时间成本是对生物制药企业快速响应重大传染性疾病、推进多个研发管线产品快速进入临床所面临的重大挑战。
4.所以有人研发了一次性的生物反应器，相比于可重复使用的玻璃罐，一次性生物反应器罐体易于使用，投资成本少，目前不同品牌的生物反应器在功能设计上对于工艺开发及工艺表征仍存在部分缺陷，导致应用范围不广。比如在几何尺寸比例上不具备与生产型反应器的几何相似性；通气形式单一，不能支持大泡、微泡同时通气，以满足高细胞密度培养氧传质和二氧化碳去除要求；在测量培养液的ph值和do值（溶氧）时，仍然采用传统极谱式ph电极和do电极，传统电极需要校准、灭菌、极化、安装等过程，降低了一次性生物反应器的时间成本优势，而且，高温高压灭菌前后所使用的传统电极零点和斜率值会存在差异，多批次灭菌产生的非一致性增大；此外传统电极的安装也涉及到无菌操作，增加了罐体使用过程中的染菌风险。单一的一次性生物反应器罐体由于顶部搅拌连接设计的特殊性，只能适用于本品牌的搅拌电机，本发明针对一次性罐体开发除了不同的搅拌马达不锈钢适配器，可适配市面上大多数品牌反应器的搅拌电机，极大拓展了一次性技术的应用场景。


技术实现要素：

5.为了解决现有一次性生物反应器采用传统电极带来的操作不便、非一致性大的技术问题，本发明提供了一种一次性生物反应器及其制造方法。
6.一方面，本技术提供的一种一次性生物反应器采用如下的技术方案：一种一次性生物反应器，包括罐体、盖板、多个功能附属管路和搅拌组件，所述盖板与罐体密封固定连接，所述搅拌组件设置在盖板上，所述多个功能附属管路插接设置在盖板上，还包括一次性do荧光贴片电极和一次性ph荧光贴片电极，所述一次性do荧光贴片电极和一次性ph荧光贴
片电极设置在罐体底部内壁，所述罐体为透明罐体。
7.通过采用上述技术方案，本技术的生物反应器是一次性使用，即拆即用，不需要清洗、灭菌，搅拌组件和大部分功能附属管路也只需要简单的组装，实验前准备的过程大大简化，提高设备运行效率，省时省力，加速不同项目的快速工艺开发及工艺表征，使生物制药企业能快速响应重大传染性疾病，推进多个研发管线产品快速进入临床。一次性生物反应器成批次经伽马辐照灭菌提供给使用者，罐体间差异性小，方便客户进行平行性实验研究、降低设备层面对实验的影响，从而为工艺开发和工艺表征阶段构建具有稳健型的实验设计及模型结果提供了设备基础。采用了一次性do荧光贴片电极和一次性ph荧光贴片电极，一次性do荧光贴片电极和一次性ph荧光贴片电极设置在罐体底部内壁，由于采用透明罐体，荧光法ph电极测试光缆探头和荧光法do电极测试光缆探头只要贴合在罐体底部外侧就可以对一次性do荧光贴片电极和一次性ph荧光贴片电极进行光源激发和荧光测量，从而获得培养液的ph值和do值。由于荧光法ph电极测试光缆探头和荧光法do电极测试光缆探头外置，不会对培养液造成影响，降低了罐体使用过程中的染菌风险，另外由于不需要反复灭菌，消除了传统电极零点和斜率值在灭菌前后存在差异的缺陷。
8.优选地，所述罐体底部内壁设有定位槽，所述一次性do荧光贴片电极和一次性ph荧光贴片电极限定在定位槽内。
9.通过采用上述技术方案，由于罐体内部的培养液会被持续搅动，而且整个细胞培养尤其是灌流工艺过程时间非常长，可能消耗十几天甚至一个月以上的时间，一次性do荧光贴片电极和一次性ph荧光贴片电极如果粘贴不牢，容易移位，甚至被冲走，在罐体底部内壁设置定位槽，并把一次性do荧光贴片电极和一次性ph荧光贴片电极限定在定位槽内，可以保证一次性do荧光贴片电极和一次性ph荧光贴片电极不被流动的培养液冲击，不会产生位移。
10.优选地，所述一次性生物反应器还包括底座，所述罐体设置在底座上，所述底座上还设有固定孔，所述固定孔与定位槽的位置相对应，所述固定孔用于固定外部的荧光法ph电极测试光缆探头和荧光法do电极测试光缆探头。
11.通过采用上述技术方案，本技术设置的底座能使罐体底部悬空，方便放置荧光法ph电极测试光缆探头和荧光法do电极测试光缆探头，设置的固定孔更能使荧光法ph电极测试光缆探头与一次性ph荧光贴片电极，以及荧光法do电极测试光缆探头与一次性do荧光贴片电极在位置上一一对应，从而获得稳定的测量效果。
12.优选地，所述生物反应器用作微生物细胞培养罐时，罐体的高径比为3：1；所述生物反应器用作动物细胞培养罐时，罐体的高径比为2：1。
13.通过采用上述技术方案，微生物细胞具有耐剪切耗氧量高的特点，采用较高的高径比，优选值为3：1，增加培养液流体中的气含率、增加氧气的溶解；动物细胞相对不耐剪切，中等耗氧水平且受培养液中co2分压影响明显，采用较低的高径比，优选值为2：1，有利于co2在系统中的排除。罐体的高径比主要是从不同细胞对于氧气需求、二氧化碳去除以及混合角度出发，得到较佳的选择。
14.优选地，所述搅拌组件包括轴承、搅拌轴和桨叶，所述轴承设置盖板上，所述搅拌轴旋转地设置在轴承上，所述桨叶设置在搅拌轴上，所述搅拌轴上端设有马达适配器，所述搅拌轴由压铸塑料机加工制作而成。
15.通过采用上述技术方案，工艺放大要求生物反应器设计具有很好的工艺可缩放性，即几何相似性，所有生物工艺合适的操作参数可理解为由通气和搅拌组成的参数操作空间，其核心是低剪切力条件下满足混合，氧传质和二氧化碳去除的效果，从而保证微观尺度上，细胞在不同生物反应器体积规模条件下，所处的生长代谢微环境一致，几何相似性涉及到反应器的几何尺寸比例，其中搅拌系统和通气系统设计至关重要。
16.前面已经描述整个细胞培养过程时间非常长，现有技术中搅拌轴一般采用塑料材料并注塑成型，搅拌轴强度不足，同心度难以有效控制，在长时的培养实验中容易弯曲，严重影响搅拌效果，甚至折断，直接导致实验失败，本技术搅拌轴采用压铸塑料，并通过机加工制作而成，压铸塑料在高模压下成型，材料本身的机械强度会更高，机加工出来的搅拌轴强度也更好，不易弯曲和折断，降低实验失败的几率；机加工成本稍高，但灵活性更强，尤其能更好地适应客户定制化的需求。
17.优选地，所述生物反应器用作动物细胞培养罐时，所述桨叶布置方式为两层三斜叶式，桨叶的倾斜角度为30
°
~45
°
；所述生物反应器用作微生物细胞培养罐时，所述桨叶布置方式为两层六平直叶式，桨叶竖直设置。
18.通过采用上述技术方案，在俯视条件下，桨叶在转动时，对于培养液流体具有下压式作用，斜叶式搅拌桨能提供低剪切力条件下充分的轴向流混合和气体分散效果，优选的倾斜角度为30
°
~45
°
；平直叶式的桨叶相比斜叶式具有作用更强的气泡分散及径向流混合效果。
19.优选地，所述罐体为透明塑料通过注塑成型，所述盖板由压铸塑料机加工制作而成，所述罐体和盖板通过光固化胶粘贴固定。
20.通过采用上述技术方案，相比现有技术，盖板由压铸塑料机加工制作而成，机械强度更高，更不易变形，罐体和盖板通过光固化胶粘贴，然后照射紫外线使胶水固化，能使罐体和盖板实现非常好的密封效果，降低实验失败的几率；机加工灵活性更强，能更好地适应客户定制化的需求。
21.优选地，所述功能附属管路包括补料管路、补液管路、进气管路、尾气过滤管路、取料管路、收获管路、表层通气管路和atf灌流管路中的至少一种。
22.通过采用上述技术方案，根据不同的客户的实际需要，定制各种功能附属管路，实现细胞培养的基本需求。
23.优选地，所述进气管路包括大泡进气管路和微泡进气管路。
24.通过采用上述技术方案，大泡通气使用较大通气孔径，能有效排除培养过程中溶解的co2，微泡通气使用较小的通气孔经，有效提高氧气在气液两相中的传质系数，单独使用大泡通气或微泡通气均具有一定的局限性，例如只使用大泡通气，通气量过大，易产生泡沫、溶液蒸发明显并容易形成气泛现象导致气液传质效率低，难以支撑高密度细胞耗氧需求；只使用微泡通气，气泡引起的细胞损伤严重，对溶液中溶解的二氧化碳排除效率低，影响细胞活率和产品关键质量属性（糖基化、电荷异构体等），本技术同时设置大泡进气管路和微泡进气管路，实现两路通气，能满足微生物细胞和动物细胞培养过程中各种需要，尤其能适应高细胞密度灌流培养等强化型工艺中的应用。
25.另一方面，本技术提供的一种一次性生物反应器的制造方法采用如下的技术方案：一种上面所述一次性生物反应器的制造方法，包括以下步骤：
s1:通过注塑成型出罐体，通过对压铸塑料进行机加工制作出盖板和搅拌轴；s2:将搅拌组件和功能附属管路组装到盖板上；s3:将一次性do荧光贴片电极和一次性ph荧光贴片电极粘贴在罐体底部内壁；s4:将盖板固定到罐体上，先涂覆光固化胶，再利用紫外线照射，使光固化胶固化，以使盖板和罐体之间密封；s5:对一次性生物反应器进行批量灭菌处理；s6:取出代表性的样品，检测一次性do荧光贴片电极和一次性ph荧光贴片电极性能，记录并作为初始化校准信息，将该初始化校准信息作为同批次所有一次性do荧光贴片电极和一次性ph荧光贴片电极的初始化校准信息。
26.通过采用上述技术方案，本技术通过对压铸塑料进行机加工制作出盖板和搅拌轴，机械强度高，更不易变形，罐体和盖板通过光固化胶密封连接，能使罐体和盖板实现非常好的密封效果，降低实验失败的几率；机加工灵活性更强，能更好地适应客户定制化的需求。在一次性生物反应器进行批量灭菌处理后，取出代表性的样品，检测一次性do荧光贴片电极和一次性ph荧光贴片电极性能，记录并作为初始化校准信息，将该初始化校准信息作为同批次所有一次性do荧光贴片电极和一次性ph荧光贴片电极的初始化校准信息，能保证测量的一致性。
27.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1.本技术的生物反应器是一次性使用，即拆即用，不需要清洗、灭菌，搅拌组件和大部分功能附属管路也只需要简单的组装，实验前准备的过程大大简化，提高设备运行效率，省时省力；2.所述生物反应器用作微生物细胞培养罐时，罐体的高径比为3：1；所述生物反应器用作动物细胞培养罐时，罐体的高径比为2：1，从不同细胞对于氧气需求、二氧化碳去除以及混合角度出发，得到较佳的选择，系列产品具有几何相似性，从而保证微观尺度上，细胞在不同生物反应器体积规模条件下，所处的生长代谢微环境一致，具有很好的工艺可缩放性；3.采用了一次性do荧光贴片电极和一次性ph荧光贴片电极，由于荧光法ph电极测试光缆探头和荧光法do电极测试光缆探头外置，不会对培养液造成影响，降低了罐体使用过程中的染菌风险，另外由于不需要反复灭菌，消除了传统电极零点和斜率值在灭菌前后存在差异的缺陷；4.一次性生物反应器成批次经伽马辐照灭菌提供给使用者，罐体间差异性小，方便客户进行平行性实验研究、降低设备层面对实验的影响，从而构建具有稳健型的实验设计及模型结果。
附图说明
28.图1绘示了本技术一次性生物反应器实施例一的正面立体图；图2绘示了本技术一次性生物反应器实施例一的底部立体图；图3绘示了本技术一次性生物反应器实施例一的半剖示意图；图4绘示了图3中a处放大图；图5绘示了本技术一次性do荧光贴片电极和一次性ph荧光贴片电极另一固定方式
的半剖放大示意图；图6绘示了本技术一次性生物反应器实施例二的半剖示意图。
29.附图标记说明：10、罐体；11、定位槽；12、定位板；121、镂空孔；20、盖板；30、功能附属管路；31、大泡进气管路；32、微泡进气管路；40、搅拌组件；41、轴承；42、搅拌轴；43、桨叶；44、马达适配器；50、一次性do荧光贴片电极；60、一次性ph荧光贴片电极；70、底座；71、固定孔；101、荧光法ph电极测试光缆探头；102、荧光法do电极测试光缆探头。
具体实施方式
30.以下结合附图1-6对本技术作进一步详细说明。
31.参照图1、图2和图3，本技术实施例公开一种一次性生物反应器，包括罐体10、盖板20、多个功能附属管路30和搅拌组件40，所述盖板20与罐体10密封固定连接，所述搅拌组件40设置在盖板20上，所述多个功能附属管路30插接设置在盖板20上，还包括一次性do荧光贴片电极50和一次性ph荧光贴片电极60，所述一次性do荧光贴片电极50和一次性ph荧光贴片电极60设置在罐体10底部内壁，所述罐体10为透明罐体10。
32.本技术所述的一次性生物反应器要与现有的外部控制设备配合使用，尤其是功能附属管路30要与外部的各种功能管路连接，实现供料、出料、通气、出气、补液等多种功能，搅拌组件40要与外部的马达连接，实现搅拌功能，盖板20上还会设置多个标准电极接口，用于安装温度电极等各种测试电极。
33.荧光法测量ph值的测试原理为：一次性ph荧光贴片电极60包含两种荧光染料（参比与检测荧光染料），荧光染料在接受光源激发后，产生的两种荧光的相移差可以反映某一温度下的氢离子浓度，对应某一ph值。
34.荧光法测量do值的测试原理为：一次性do荧光贴片电极50包含荧光染料，荧光染料受到光源激发会在一定时间从激发态回到基态，从而产生荧光强度的变化，并对应一定的荧光寿命，检测系统会在发出信号后特定时间检测激发后的荧光强度，氧分子存在时，会导致荧光寿命减短，通过特定时间测定的返回荧光强度信号可以计算出氧分子的浓度。
35.现有技术中荧光法测量do值和荧光法测量ph值准确率较高，引用某一些厂家的数据，荧光法测量do值测量范围0-100%sat,分辨率0.1%sat,准确度（37
°
时）
±
1%sat，温度范围5-50℃，飘移＜0.5%sat/天；荧光法测量ph值测量范围6.0-8.0，分辨率0.01，准确度0.1（单点校准值
±
1个单位），温度范围5-50℃，飘移小于0.05/天（取样间隔1min）。
36.一次性do荧光贴片电极50和一次性ph荧光贴片电极60在伽马辐照灭菌后，性能会有影响，同批次的罐体10在辐照后，取出代表性的样品，检测一次性do荧光贴片电极50和一次性ph荧光贴片电极60性能，记录并作为初始化校准信息，将该信息作为同批次所有荧光贴片电极的初始化校准信息。在一次性生物反应器拆封后时，只需在控制设备中输入初始化校准信息，即可开始检测使用。
37.参照图1，所述功能附属管路30可以包括补料管路、补液管路、进气管路、尾气过滤管路、取料管路、收获管路、表层通气管路和atf灌流管路中的至少一种。根据不同的客户的实际需要，定制各种功能附属管路30，实现细胞培养的基本需求。
38.参照图4，所述罐体10底部内壁设有定位槽11，所述一次性do荧光贴片电极50和一次性ph荧光贴片电极60限定在定位槽11内。由于罐体10内部的培养液会被持续搅动，而且
整个细胞培养尤其是灌流工艺过程时间非常长，可能消耗十几天甚至一个月以上的时间，一次性do荧光贴片电极50和一次性ph荧光贴片电极60如果粘贴不牢，容易移位，甚至被冲走，在罐体10底部内壁设置定位槽11，并把一次性do荧光贴片电极50和一次性ph荧光贴片电极60限定在定位槽11内，可以保证一次性do荧光贴片电极50和一次性ph荧光贴片电极60不被流动的培养液冲击，不会产生位移。
39.参照图5，作为一次性do荧光贴片电极50和一次性ph荧光贴片电极60固定方式的另一实施方式，所述定位槽11内还固定设有定位板12，一次性do荧光贴片电极50和一次性ph荧光贴片电极60被定位板12扣压在定位槽11内，所述定位板12上设有镂空孔121。一次性do荧光贴片电极50和一次性ph荧光贴片电极60的固定更牢靠，不被流动的培养液冲击；定位板12上设有镂空孔121可以让培养液浸润一次性do荧光贴片电极50和一次性ph荧光贴片电极60，实现检测功能。
40.参照图4，所述一次性生物反应器还包括底座70，所述罐体10设置在底座70上，所述底座70上还设有固定孔71，所述固定孔71与定位槽11的位置相对应，所述固定孔71用于固定外部的荧光法ph电极测试光缆探头101和荧光法do电极测试光缆探头102。本技术设置的底座70能使罐体10底部悬空，方便放置荧光法ph电极测试光缆探头101和荧光法do电极测试光缆探头102，设置的固定孔71更能使荧光法ph电极测试光缆探头101与一次性ph荧光贴片电极60，以及荧光法do电极测试光缆探头102与一次性do荧光贴片电极50在位置上一一对应，从而获得稳定的测量效果。
41.工艺放大要求生物反应器设计具有很好的工艺可缩放性，即几何相似性，所有生物工艺合适的操作参数可理解为由通气和搅拌组成的参数操作空间，其核心是低剪切力条件下满足混合，氧传质和二氧化碳去除的效果，从而保证微观尺度上，细胞在不同生物反应器体积规模条件下，所处的生长代谢微环境一致，几何相似性涉及到反应器的几何尺寸比例，搅拌系统和通气系统设计至关重要。
42.现有技术中，一次性生物反应器在面对不同细胞类型时均使用相同的设计，并未做出针对性的区分，存在明显的缺陷，限制了其在工艺开发，尤其是工艺表征缩小模型上的应用。同一品牌不同体积的罐体高径比也不相同，1l、2l、5l、10l罐体10的高径比一般在1.5-2.5之间，系列产品均不具有几何相似性，不同的高径比导致生物反应器中流体状态发生变化，混合效果产生差异，在进行工艺放大时，工艺的可操作空间缩小，如果放大前在小体积反应器上的操作参数已接近操作空间的边缘值，大体积反应器上的工艺放大就很容易失败。在做技术转移时，由于生物反应器中细胞生长微环境发生变化，细胞生长代谢受到影响、因而产物表达发生变化；此外在做工艺表征研究时，非几何相似性的系统很难重复生产反应器的工艺表现和产品质量属性。
43.本技术所述生物反应器用作微生物细胞培养罐时，罐体10的高径比为3：1；所述生物反应器用作动物细胞培养罐时，罐体10的高径比为2：1。微生物细胞具有耐剪切耗氧量高的特点，采用较高的高径比，优选值为3：1，增加培养液流体中的气含率、增加氧气的溶解；动物细胞相对不耐剪切，中等耗氧水平且受培养液中二氧化碳分压影响明显，采用较低的高径比，优选值为2：1，有利于二氧化碳在系统中的排除。罐体10的高径比主要是从不同细胞对于氧气需求、二氧化碳去除以及混合角度出发，得到较佳的选择。罐体10设计上与生产常用的50-2000l生物反应器具有一致的几何相似性：罐体10高径比、桨叶43距罐体10底部
距离、桨叶43间距比例、桨叶43与罐体10直径的比例在不同体积罐体10上保持不变，生物反应器内部流体状态一致，细胞生长所处微环境一致，提供最大化设计的工艺可操作空间，适用于快速及稳健的工艺缩放研究，可实现低成本条件下最大化产出具有相同目标质量属性产品的目的，解决了目前不同体积反应器几何设计不同导致的工艺放大复杂性及高失败风险参照图3，所述搅拌组件40包括轴承41、搅拌轴42和桨叶43，所述轴承41设置盖板20上，所述搅拌轴42旋转地设置在轴承41上，所述桨叶43设置在搅拌轴42上，所述搅拌轴42上端设有马达适配器44，所述搅拌轴42由压铸塑料机加工制作而成。本技术搅拌组件40为轴式居中设计的搅拌系统，搅拌轴42与盖板20采用单端面机械密封。
44.整个细胞培养过程时间非常长，现有技术中搅拌轴一般采用塑料材料并注塑成型，搅拌轴强度不足，同心度难以有效控制，在长时的培养实验中容易弯曲，严重影响搅拌均匀性，甚至折断，直接导致实验失败，本技术搅拌轴42采用压铸塑料，并通过机加工制作而成，压铸塑料在高模压下成型，材料本身的机械强度会更高，机加工出来的搅拌轴42强度也更好，不易弯曲和折断，降低实验失败的几率；机加工成本稍高，但灵活性更强，尤其能更好地适应客户定制化的需求。本技术在搅拌轴42上端设有马达适配器44，用于匹配不同品牌的马达，提高通用性，马达适配器44上具有用于固定马达和盖板20连接的插销栓。
45.参照图3，所述生物反应器用作微生物细胞培养罐时，所述桨叶43布置方式为两层六平直叶式，桨叶43竖直设置。参照图6，所述生物反应器用作动物细胞培养罐时，所述桨叶43布置方式为两层三斜叶式，桨叶43的倾斜角度为30
°
~45
°
。在俯视条件下，桨叶43在转动时，对于培养液流体具有下压式作用，斜叶式搅拌桨能提供低剪切力条件下充分的轴向流混合和气体分散效果，优选的倾斜角度为30
°
~45
°
；平直叶式的桨叶43相比斜叶式具有作用更强的气泡分散及径向流混合效果。
46.桨叶43直径与罐体10直径比例为0.35：1至0.5：1，微生物罐体10优选0.4：1，动物细胞培养罐体10优选0.5：1；2层搅拌桨叶43间距与搅拌桨叶43直径比例为1.2：1至1.5：1。不同体积罐体10在限定高径比、桨叶43距罐体10底部距离、搅拌桨与罐体10直径比例、搅拌桨间距离与搅拌桨直径的比例后称之为具有几何相似性，具有几何相似性的系统，内部流体状态一致，细胞生长所处微环境一致，工艺缩放过程中的工艺可操作空间一致，从而实现快速，稳健的工艺缩放，适用于工艺开发及工艺表征中。
47.参照图1，所述罐体10为透明塑料通过注塑成型，所述盖板20由压铸塑料机加工制作而成，所述罐体10和盖板20通过光固化胶粘贴固定。罐体10、盖板20和搅拌轴42可由pc材质或其他符合gmp规范的材质制成。
48.相比现有技术，盖板20由压铸塑料机加工制作而成，机械强度更高，更不易变形，罐体10和盖板20通过光固化胶粘贴，然后照射紫外线使胶水固化，能使罐体10和盖板20实现非常好的密封效果，降低实验失败的几率；盖板20机加工灵活性更强，可以根据实际需要灵活加出需要的端口，能更好地适应客户定制化的需求。
49.所述罐体10和盖板20通过光固化胶粘贴固定后，会先进行气密性测试，然后再灭菌处理，用户不需要进行组装，也不需要再做气密性测试，能有效排除使用过程中由于密闭性问题导致的培养体系与外部环境的物质交换，减少了细胞培养污染风险。
50.参照图1，所述进气管路包括大泡进气管路31和微泡进气管路32。大泡通气使用较
大通气孔径，能有效排除培养过程中溶解的二氧化碳，微泡通气使用较小的通气孔经，有效提高氧气在气液两相中的传质系数，单独使用大泡通气或微泡通气均具有一定的局限性，例如只使用大泡通气，通气量过大，易产生泡沫、溶液蒸发明显并容易形成气泛现象导致气液传质效率低，难以支撑高密度细胞耗氧需求；只使用微泡通气，气泡引起的细胞损伤严重，对溶液中溶解的二氧化碳排除效率低，影响细胞活率和产品关键质量属性（糖基化、电荷异构体等），本技术同时设置大泡进气管路31和微泡进气管路32，实现两路通气，能满足微生物细胞和动物细胞培养过程中各种需要，尤其能适应高细胞密度灌流培养等强化型工艺中的应用。大泡通气为l型通气管，通气孔径0.5mm；微泡通气为10-20μm孔径。
51.本技术所述一次性生物反应器的制造方法，包括以下步骤：s1:通过注塑成型出罐体10，通过对压铸塑料进行机加工制作出盖板20和搅拌轴42；s2:将搅拌组件40和功能附属管路30组装到盖板20上；s3:将一次性do荧光贴片电极50和一次性ph荧光贴片电极60粘贴在罐体10底部内壁；s4:将盖板20固定到罐体10上，先涂覆光固化胶，再利用紫外线照射，使光固化胶固化，以使盖板20和罐体10之间密封；s5:对一次性生物反应器进行批量灭菌处理；s6:取出代表性的样品，检测一次性do荧光贴片电极50和一次性ph荧光贴片电极60性能，记录并作为初始化校准信息，将该初始化校准信息作为同批次所有一次性do荧光贴片电极50和一次性ph荧光贴片电极60的初始化校准信息。
52.灭菌处理一般选择伽马辐照灭菌，灭菌计量25-40kgy，保证系统无菌性。而且一次性生物反应器间差异性小，方便客户进行平行性实验研究、降低设备层面对实验的影响，从而构建具有稳健型的实验设计及模型结果。
53.一次性生物反应罐具体的使用：进气管路过滤器可与控制设备的气体出口连接；细胞培养过程产生的尾气经出气管路过滤器排至外界环境；培养培养过程的取样可通过取样管路末端的鲁尔接头进行，取样用注射器前端与鲁尔接头连接，抽取所需样品后再进行断开连接；培养基的注入或培养液的收获，可使用对应管路末端鲁尔接头、mpc连接形式，在无菌操作台中进行连接，或使用无菌接管机形式进行热塑连接；罐体的温控通过包裹在罐体侧壁的加热毯或水夹套进行。在实验前，在控制设备中输入一次性do荧光贴片电极50和一次性ph荧光贴片电极60的初始化校准数据即可开始细胞培养工作。
54.本技术的实施原理为：本技术的生物反应器是一次性使用，即拆即用，不需要清洗、灭菌，搅拌组件40和大部分功能附属管路30也只需要简单的组装，实验前准备的过程大大简化，提高设备运行效率，省时省力，加速不同项目的快速工艺开发及工艺表征，使生物制药企业能快速响应重大传染性疾病，推进多个研发管线产品快速进入临床。一次性生物反应器成批次经伽马辐照灭菌提供给使用者，罐体10间差异性小，方便客户进行平行性实验研究、降低设备层面对实验的影响，从而为工艺开发和工艺表征阶段构建具有稳健型的实验设计及模型结果提供了设备基础。采用了一次性do荧光贴片电极50和一次性ph荧光贴片电极60，一次性do荧光贴片电极50和一次性ph荧光贴片电极60设置在罐体10底部内壁，由于采用透明罐体10，荧光法ph电极测试光缆探头101和荧光法do电极测试光缆探头102只
要贴合在罐体10底部外侧就可以对一次性do荧光贴片电极50和一次性ph荧光贴片电极60进行光源激发和荧光测量，从而获得培养液的ph值和do值。由于荧光法ph电极测试光缆探头101和荧光法do电极测试光缆探头102外置，不会对培养液造成影响，降低了罐体10使用过程中的染菌风险，另外由于不需要反复灭菌，消除了传统电极零点和斜率值在灭菌前后存在差异的缺陷。
55.细胞培养实验的平行性：细胞的生长代谢涉及多个尺度水平：生物反应器水平、细胞水平、基因水平等，在做工艺开发过程中希望排除环境因素例如反应器的影响，尽可能地观察到实验条件的变化对细胞的影响，所以需要不同的生物反应器具有较好的平行性。本技术生物反应器多批次具有高一致性，包括罐体一致的高径比，荧光法ph电极测试光缆探头101和荧光法do电极测试光缆探头102一致的初始化校准数据，都能提高细胞培养实验的平行性。
56.当前为提高生物反应器单位体积产品的生产效率，普遍开展高细胞密度灌流培养工艺，需要生物反应器支持不同形式的灌流设备，目前的一次性生物反应器罐体设计主要是从传统的批次/补料分批工艺出发，无对应的atf标准接口，不能开展高细胞密度灌流培养工作。本技术设置了atf灌流管路，在盖板20上设置了atf标准接口，从而可以开展高细胞密度灌流培养工作，提高了对复杂细胞培养工艺的适配性。
57.盖板20上设有多个尺寸标准的标准预留接口，常用的尺寸有6mm、12mm、19mm，6mm适用于通气、补料、取样、出气等功能附属管路30，12mm接口适用于传统极谱式/光学电极、atf接口，可根据客户需求进行功能重新定义。作为本技术各种功能附属管路30的具体实施例，补料管路可以选用tpe材质，管径1/8*1/4英寸，端口为1/8英寸luer接头公头，也可以选用管径1/4*7/16英寸，端口为1/4英寸mpc公头。补液管路，位于最小工作体积液面以下，可以选用tpe材质，管径1/8*1/4英寸，端口为1/8英寸luer接头公头。进气管路可以选用l型气体分布器，材质硅胶管，端口为0.2mium气体过滤器。尾气过滤管路可以采用y型分支，硅胶管，包含两个0.2μm气体过滤器。收获管路可以选用tpe材质，管径1/4*7/16英寸，端口为1/4英寸mpc公头。表层通气管路可以选用硅胶管，包含0.2μm气体过滤器。
58.为提高反应器生产效率，目前主流的工艺开发方向为高细胞密度，长时间的连续性培养即增强性工艺，为满足该工艺需求，罐体10配置额外标准接口，兼容atf灌流设备，适合增强型工艺研究； 解决了目前一次性罐体10设计仅适用于传统批次/补料分批培养工艺的问题。
59.一次性罐体除应用于细胞培养外，基于罐体设计的几何相似性，可适用于adc药物核心工艺：抗体偶联步骤、mrna疫苗核心工艺ivt反应的快速及稳健工艺放大中，解决了目前一次性罐体仅适合细胞培养应用的局限性。
60.一次性罐体应用于细胞培养增强性工艺如灌流培养时，除常用的atf切向流过滤连接形式外，也可采用tff切向流过滤形式。和atf料液进出口共用一路，往复式流体运动状态相比，tff的料液进口和出口是单独的管路，流体在atf中空纤维内部为单方向流动，因此如选择tff与一次性罐体连接，优选的方式是罐体顶部料液出口连接tff进口、tff出口连接盖板进行液体回流。该设计需要在罐体底部开孔，以实现tff形式的灌流培养工艺。
61.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。