一种微纳米曝气式细胞培养反应器的制作方法

1.本发明涉及细胞增值培养的技术领域，尤其涉及一种微纳米曝气式细胞培养反应器。


背景技术：

2.动物细胞培养能够实现细胞生长和增殖。用于动物细胞培养的细胞培养反应器一般通过摇/摆动、震荡、搅拌等方式使细胞培养基在反应器内运动，细胞培养基的运动使细胞悬处于浮状态并实现高效的气体交换。细胞培养反应器多为底部供氧气方式，存在细胞培养基中通气量分布不均匀或溶氧量不均匀，并且气泡破裂也会造成细胞损伤，同时采用搅拌的细胞培养反应器由于过大的剪切力也会不同程度的造成细胞的损伤。
3.cn205974547u公开一种全悬浮、微载体无泡供氧细胞培养罐，包括罐体、搅拌机构及无泡供氧装置。所述搅拌机构包括搅拌轴及离心式提升搅拌头，所述搅拌轴顶端与设置于罐体顶部的驱动装置连接；所述离心式提升搅拌头设置于搅拌轴下端，所述离心式提升搅拌头上设有若干离心管路；所述搅拌轴的下端设有气液交换腔，所述气液交换腔下端开通；所述无泡供氧装置设置于罐体底部，设有与外部气源连通的进气管路及大量的疏水透气管；所述疏水透气管伸入气液交换腔内，上端封闭，下端与无泡供氧装置连通。该专利技术通过无泡供氧装置利用浓度差的作用，由疏水透气管的微孔向培养液内渗透供氧，不会产生多余的气泡，也不会过量供氧，杜绝气泡的产生。
4.但是上述方案存在一定的问题，采用搅拌的细胞培养反应器由于过大的剪切力也会不同程度的造成细胞的损伤甚至导致细胞的死亡，且在保证正常供氧时还要避免气泡破裂不会造成细胞损伤。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决现有技术中不足，故此提出一种微纳米曝气式细胞培养反应器，有效解决传统搅拌的细胞培养反应器会不同程度造成细胞损伤甚至导致细胞死亡以及在保证正常供氧时还要避免气泡破裂不会造成细胞损伤的问题。
6.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
7.一种微纳米曝气式细胞培养反应器，包括细胞培养仓，细胞培养仓的内部安装有多孔聚氯乙烯板，细胞培养仓内安装有隔板一和隔板二，隔板一和隔板二错开设置，隔板一的顶部与多孔聚氯乙烯板固定连接，隔板一的底部与细胞培养仓的底部之间预留有流动区域一，隔板二的顶部与多孔聚氯乙烯板的下表面预留有流动区域二、隔板二的底部与细胞培养仓的底部之间预留有流动区域三，隔板二背对隔板一的一侧与细胞培养仓之间围设有微纳米供氧区域，微纳米供氧区域内部安装有为微纳米曝气式供氧器。
8.采用多孔聚氯乙烯板将细胞隔离于上部区域，通过多孔聚氯乙烯板的下部通过微纳米曝气式供氧器进行微纳米供氧，经过隔板一和隔板二将供养区域分为供氧区域和无氧区域(相对含氧量低与供养区域，并非为绝对的无氧氛围)，通过供氧区域持续对细胞进行
供氧处理，氧气会在细胞培养区域内部(即多孔聚氯乙烯板上方区域)被消耗，使得其整个细胞培养仓处于一个相对流动且持续供氧的环境，同时供氧过程持续但不会对细胞造成损伤，有效解决cn205974547u采用搅拌的细胞培养反应器会不同程度造成细胞损伤甚至导致细胞死亡的问题。
9.在本技术方案的基础上作出如下改进，位于微纳米供氧区域的顶部处的细胞培养仓处安装有导流斜板，导流斜板至少设置两个，导流斜板的底部靠近隔板二设置、其顶部靠近与细胞培养仓侧壁设置。
10.在本技术方案的基础上作出如下改进，所述隔板一的底部安装有节流斜板，节流斜板的倾斜角度大于导流斜板的倾斜角度。
11.在本技术方案的基础上作出如下改进，所述微纳米曝气式供氧器包括进水管、与进水管连通且同步供给的供气管以及与进水管和供气管汇流后连通的微纳米曝气室，微纳米曝气室内部安装有电机和与电机输出端连接的叶片。
12.在本技术方案的基础上作出如下改进，所述供气管的进气口处安装有供气器，供气器内部安装有将外界空气引入的动力结构以及将空气引入前阻挡细菌透过的微孔透气滤菌膜一。
13.在本技术方案的基础上作出如下改进，所述多孔聚氯乙烯板的一端与细胞培养仓的侧壁固定安装，另一端安装有封板，封板安装在细胞培养仓的侧壁上，封板和隔板一位于同一竖直平面内。
14.在本技术方案的基础上作出如下改进，位于封板背对多孔聚氯乙烯板一侧的所述细胞培养仓设置有排水区域，位于排水区域底部的细胞培养仓内安装有拦截结构。
15.在本技术方案的基础上作出如下改进，所述拦截结构包括竖向拦截反流部以及位于竖向拦截反流部顶部且倾斜设置的拦截部，拦截部的倾斜角度小于节流斜板。
16.在本技术方案的基础上作出如下改进，细胞培养仓的顶部安装有取样口以及换气口，取样口处安装有盖板，换气口处安装有与空气交换并阻挡细菌透过的微孔透气滤菌膜二。
17.与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：
18.1.本发明采用多孔聚氯乙烯板将细胞隔离于上部区域，通过多孔聚氯乙烯板的下部进行微纳米供氧，经过隔板一和隔板二将供养区域分为供氧区域和无氧区域(相对含氧量低与供养区域，并非为绝对的无氧氛围)，通过供氧区域持续对细胞进行供氧处理，氧气会在细胞培养区域内部(即多孔聚氯乙烯板上方区域)被消耗，使得其整个细胞培养仓处于一个相对流动且持续供氧的环境，同时供氧过程持续但不会对细胞造成损伤，有效解决现有技术采用搅拌的细胞培养反应器会不同程度造成细胞损伤甚至导致细胞死亡的问题。
19.2.本发明在多孔聚氯乙烯板下方采用隔板一、隔板二、导流斜板和节流斜板的设计结构，经过微纳米曝气式供氧器在隔板二和细胞培养仓的内部进行微纳米供氧处理，通过顶部的导流斜板向多孔聚氯乙烯板上方培养的细胞进行供养，使得水流进入多孔聚氯乙烯板上方区域时会呈现一种带有倾斜角度的流向，致使其内部的细胞呈翻滚状悬浮，致使其细胞能够吸收足够量的氧份，防止在细胞培养过程中无法充分接触氧份出现乳酸和尿素，经过节流斜板将位于多孔聚氯乙烯板上方区域细胞培养过程中的胞吐物进行导流至节流斜板的下方区域，在细胞培养仓内部还增设有拦截结构，通过拦截结构将胞吐物拦截，由
于微纳米曝气式供氧器会持续性供氧供培养液，使得其进入拦截结构的胞吐物会从排水区域处排出，进而实现整体细胞全浮式、连续性供氧培养。
20.3.本发明中微纳米曝气式供氧器包括进水管、与进水管连通且同步供给的供气管以及与进水管和供气管汇流后连通的微纳米曝气室，微纳米曝气室内部安装有电机和与电机输出端连接的叶片。通过电机带动叶片将由供气管、进水管同步供给气体和营养液形成微纳米的气液二相；供气管的进气口处安装有供气器，供气器内部安装有将外界空气引入的动力结构以及将空气引入前阻挡细菌透过的微孔透气滤菌膜一，动力结构可以采用蠕动泵进行空气供应。
附图说明
21.图1为本发明的整体结构示意图；
22.图2为本发明的细胞培养仓内部培养细胞时的结构示意图；
23.图3为本发明的细胞培养仓内部的结构示意图；
24.图4为本发明的微纳米曝气室的内部结构示意图；
25.图5为本发明的供气器的内部结构示意图；
26.图6为本发明的细胞培养仓内部培养细胞时的另种形式结构示意图；
27.图7为本发明的细胞培养仓内部的另种形式结构示意图。
28.图中：10、细胞培养仓；11、微纳米供氧区域；12、流动区域一；13、流动区域三；14、流动区域二；15、节流斜板；16、导流斜板；20、多孔聚氯乙烯板；21、封板；22、拦截结构；30、微纳米曝气式供氧器；31、进水管；32、供气管；33、微纳米曝气室；34、电机；35、叶片；36、供气器；37、微孔透气滤菌膜一；38、动力结构；40、隔板一；50、隔板二；60、取样口；70、换气口；71、微孔透气滤菌膜二。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
30.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
31.实施例1
32.如图1至图5所示，一种微纳米曝气式细胞培养反应器，包括细胞培养仓10，细胞培养仓10的内部安装有多孔聚氯乙烯板20(孔径优选为0.2～0.7微米)，细胞培养仓10内安装有隔板一40和隔板二50，隔板一40和隔板二50错开设置，隔板一40的顶部与多孔聚氯乙烯板20固定连接，隔板一40的底部与细胞培养仓10的底部之间预留有流动区域一12，隔板二50的顶部与多孔聚氯乙烯板20的下表面预留有流动区域二14、隔板二50的底部与细胞培养仓10的底部之间预留有流动区域三13，隔板二50背对隔板一40的一侧与细胞培养仓10之间围设有微纳米供氧区域11，微纳米供氧区域11内部安装有为微纳米曝气式供氧器30。
33.采用多孔聚氯乙烯板20将细胞隔离于上部区域，通过多孔聚氯乙烯板20的下部由
微纳米曝气式供氧器30进行持续性微纳米供氧，经过隔板一40和隔板二50将供养区域分为供氧区域和无氧区域(相对含氧量低与供养区域，并非为绝对的无氧氛围)，通过供氧区域由微纳米曝气式供氧器30持续对细胞进行供氧处理，氧气会在细胞培养区域内部(即多孔聚氯乙烯板20上方区域)被消耗大部分，使得其整个细胞培养仓10处于一个相对流动且持续供氧的环境，同时供氧过程持续但不会对细胞造成损伤，有效解决现有技术采用搅拌的细胞培养反应器会不同程度造成细胞损伤甚至导致细胞死亡的问题。
34.本实施例中微纳米曝气式供氧器30采用本领域传统的曝气式供氧器，也可以采用以下结构：微纳米曝气式供氧器30包括进水管31、与进水管31连通且同步供给的供气管32以及与进水管31和供气管32汇流后连通的微纳米曝气室33，微纳米曝气室33内部安装有电机34和与电机34输出端连接的叶片35，微纳米曝气室33的出口设置有节流口，供气管32的进气口处安装有供气器36，供气器36内部安装有将外界空气引入的动力结构38以及将空气引入前阻挡细菌透过的微孔透气滤菌膜一37。通过电机34带动叶片35将由供气管32、进水管31同步供给气体和营养液形成微纳米的混合气液二相；其中动力结构38优选为蠕动泵，可以实现蠕动式供液供氧处理，供气器36内部安装有将空气引入前阻挡细菌透过的微孔透气滤菌膜一37，进而保证供气的安全性防止外界细菌污染细胞培养仓10内部环境。
35.在细胞培养过程中，通过微纳米曝气式供氧器30进行供氧，微纳米曝气式供氧器30的蠕动供氧-供培养液方式：通过电机34带动叶片35将由供气管32、进水管31同步供给气体和营养液形成微纳米且混合一定比例的气液二相，通过供气器36内部安装有将空气引入前阻挡细菌透过的微孔透气滤菌膜一37，进而保证供气的安全性防止外界细菌污染细胞培养仓10内部环境；配合隔板一40和隔板二50使用，在细胞培养仓10内部位于多孔聚氯乙烯板20上方的细胞培养区域在出现由右向左运动的流动方向，整体流动方向为：微纳米供氧区域11-流动区域二14-多孔聚氯乙烯板20上方培养区域-流动区域一12-流动区域三13-微纳米供氧区域11，使得细胞能够处于悬浮运动的状态，使得其接触的机会相对增大，也就得到有效地供氧处理，且内部环境处于一个流动状态，更利于细胞的培养。
36.实施例2
37.如图2和图3所示，在上述实施例的基础上作出如下改进，位于微纳米供氧区域11的顶部处的细胞培养仓10处安装有导流斜板16，导流斜板16至少设置两个，优选为三个，导流斜板16的底部靠近隔板二50设置、其顶部靠近与细胞培养仓10侧壁设置，隔板一40的底部安装有节流斜板15，节流斜板15的倾斜角度大于导流斜板16的倾斜角度。
38.经过微纳米曝气式供氧器30在隔板二50和细胞培养仓10的内部进行微纳米供氧处理，通过顶部的导流斜板16向多孔聚氯乙烯板20上方培养的细胞进行供养，使得水流进入多孔聚氯乙烯板20上方区域时会呈现一种带有倾斜角度的流向，致使其内部的细胞呈翻滚状悬浮，致使其细胞能够吸收足够量的氧份，防止在细胞培养过程中无法充分接触氧份出现乳酸和尿素，经过节流斜板15将位于多孔聚氯乙烯板20上方区域细胞培养过程中的胞吐物进行导流至节流斜板15的下方区域，由于微纳米曝气式供氧器30会持续性供氧-供培养液，使得其进入拦截结构22的胞吐物会从排水区域处排出，进而实现整体细胞全浮式、连续性供氧培养。
39.实施例3
40.如图6和图7所示，在上述实施例的基础上作出如下改进，多孔聚氯乙烯板20的一
端与细胞培养仓10的侧壁固定安装，另一端安装有封板21，封板21安装在细胞培养仓10的侧壁上，封板21和隔板一40位于同一竖直平面内，位于封板21背对多孔聚氯乙烯板20一侧的所述细胞培养仓10设置有排水区域，与排水区域连通有一胞吐物回收箱，位于排水区域底部的细胞培养仓10内安装有拦截结构22，拦截结构22包括竖向拦截反流部221以及位于竖向拦截反流部221顶部且倾斜设置的拦截部222，拦截部222的倾斜角度小于节流斜板15，位于多孔聚氯乙烯板20上方培养的细胞进行供养过程中，细胞培养。
41.经过微纳米曝气式供氧器30在隔板二50和细胞培养仓10的内部进行微纳米供氧处理，通过顶部的导流斜板16向多孔聚氯乙烯板20上方培养的细胞进行供养，使得水流进入多孔聚氯乙烯板20上方区域时会呈现一种带有倾斜角度的流向，致使其内部的细胞呈翻滚状悬浮，致使其细胞能够吸收足够量的氧份，防止在细胞培养过程中无法充分接触氧份出现乳酸和尿素，经过节流斜板15将位于多孔聚氯乙烯板20上方区域细胞培养过程中的胞吐物进行导流至节流斜板15的下方区域，通过拦截结构22将胞吐物大部分拦截，拦截后的大部分胞吐物从排水区域进入到胞吐物回收箱内，由于微纳米曝气式供氧器30会持续性供氧-供培养液，使得其进入拦截结构22的胞吐物会从排水区域处排出，进而实现整体细胞全浮式、连续性供氧培养。
42.实施例4
43.如图2、图3、图6以及图7所示，如图在上述实施例的基础上作出如下改进，细胞培养仓10的顶部安装有取样口60以及换气口70，取样口60处安装有盖板，换气口70处安装有与空气交换并阻挡细菌透过的微孔透气滤菌膜二71。
44.通过取样口60上的盖板在进行取样时打开，不取样时关闭，防止外接细菌污染细胞培养仓10内部环境，换气口70上的微孔透气滤菌膜二71将外接细菌隔离，同时还能保证多孔聚氯乙烯板20上方的细胞培养区域的正常换气。
45.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。所述替代可以是部分结构、器件、方法步骤的替代，也可以是完整的技术方案。根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。