一種用于生物反應器的搖動平臺的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于生物反應器的搖動平臺，其包括固定平臺(2)和設置于該固定平臺(2)的一側(cè)的第一活動平臺(1)，其中第一活動平臺(1)能相對于固定平臺(2)所在的平面成正角或負角上下?lián)u動。在備選的實施方案中，還省略掉所述固定平臺(2)，由此將所述第一活動平臺(1)和第二活動平臺(1’)比鄰設置。本發(fā)明的搖動平臺，能夠產(chǎn)生更豐富的浪型，強化氧氣傳質(zhì)，并有利于細胞在反應器內(nèi)的均勻分布，可大大提高細胞培養(yǎng)效率。
【專利說明】-種用于生物反應器的搖動平臺

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于生化設備領域，更具體地，本發(fā)明涉及用于生物反應器的搖動平臺。 技術背景
[0002] 生物反應器中的一大類是細胞培養(yǎng)反應器，用于培養(yǎng)動物細胞和植物細胞。該些 細胞在生長的過程中，需要向液相培養(yǎng)介質(zhì)中供應足量的氧氣，故需要設法加快氧氣的氣 液傳質(zhì)。傳統(tǒng)方法是使用攬拌獎攬拌培養(yǎng)介質(zhì)，或者向培養(yǎng)介質(zhì)中鼓入氧氣氣泡，W增大氣 液接觸面積，加速氧氣從培養(yǎng)介質(zhì)上方的氣相到液相培養(yǎng)介質(zhì)中的擴散。但機械攬拌或該 鼓泡法在液體培養(yǎng)介質(zhì)中產(chǎn)生較高的剪切力，導致細胞損傷。為此，上個世紀90年代W來， 逐步開發(fā)了波浪式生物反應器，其將細胞和培養(yǎng)介質(zhì)置于無菌的一次性塑料培養(yǎng)袋中，并 放在特殊設計的搖動平臺上。平臺的搖動使得培養(yǎng)介質(zhì)產(chǎn)生波浪，通過波浪代替攬拌和鼓 泡來實現(xiàn)氣液之間的表面更新，既強化氧氣傳質(zhì)，又避免了攬拌漿葉端和鼓泡對細胞的傷 害，提供溫和低剪切力同時相對較高的溶氧的細胞培養(yǎng)微環(huán)境，有利于改善細胞狀態(tài)、提高 細胞密度和產(chǎn)量。
[0003] 一種代表性的波浪式生物反應器是美國GE Healthcare Wave Products Group公 司的波浪生物反應器，其包括"曉曉板式"搖動平臺和置于該搖動平臺上的細胞培養(yǎng)袋，通 過該搖動平臺的曉曉板式上下?lián)u動，在培養(yǎng)液中產(chǎn)生波浪，但此"曉曉板式"搖動平臺作為 一個整體圍繞中間支承點上下?lián)u動，平臺上反應器內(nèi)液體培養(yǎng)物形成的波浪形態(tài)及混合狀 態(tài)只能通過調(diào)節(jié)平臺上下運動的角度來調(diào)節(jié)，液體培養(yǎng)物波浪形態(tài)及混合狀態(tài)可調(diào)節(jié)性較 少，不能形成回頭浪而充分混合，液體中固體培養(yǎng)物與液體之間傳氧、傳熱等不很充分，波 浪形態(tài)和混合狀態(tài)調(diào)整可選擇性較少。
[0004] 另一種改進的波浪式生物反應器見W下文獻；Two new dispos油Ie bioreactors for plant cell culture:the wave and undertow bioreactor and the slug bubble bioreactor, Terrier, et al. , Biotehnology and Bioengineering, 2006, vol. 96, No. 5, 91 4-923,將該論文全文并入本文供參考。該論文描述了將柔性塑料生物培養(yǎng)袋置于"仰邸起 坐式"搖動平臺上，本發(fā)明的圖1展示了該搖動平臺的結(jié)構(gòu)。該搖動平臺有一個水平固定桌 和位于該水平固定桌一側(cè)的上升平臺，上升平臺周期性地從與該水平固定桌同一水平面的 起始位置向上升起一定角度并回落至該起始位置。隨著上升平臺的上升和回落，在柔性塑 料生物培養(yǎng)袋內(nèi)產(chǎn)生波浪，該波浪傳遞至培養(yǎng)袋的另一端時，產(chǎn)生回頭浪，反向傳遞，由此 強化氣液表面的更新。該"仰邸起坐式"搖動平臺比"曉曉板式"搖動平臺具有更豐富的浪 型調(diào)整能力。
[0005] 但發(fā)明人在實踐中發(fā)現(xiàn)，該"仰邸起坐式"搖動平臺也存在一些缺點：其波浪和回 頭浪，更多地發(fā)生在液體深度的中上層，例如在液體深度的上1/3至上1/2之間，而液體中 下層，則較少受到波浪和回頭浪的影響。因此，大一些的細胞團簇，易于沉積在液體的中下 層，尤其是在柔性塑料生物培養(yǎng)袋的中間位置處的中下層，由于起始波浪和回頭浪都對此 位置影響薄弱，故有大量的細胞團簇沉積于此，如本發(fā)明的附圖1中的團簇細胞相對沉積 區(qū)5所示。其中"相對沉積"并非指細胞團簇靜止于此處不動，而是細胞團簇并沒有遍及整 個培養(yǎng)袋而運動，僅僅是在該相對沉積區(qū)內(nèi)來回隨波擺動，且深度方向上翻滾更新作用變 弱。因此，細胞團簇并沒有充分分散于培養(yǎng)介質(zhì)中，其而該顯然降低了細胞對溶解氧和培養(yǎng) 介質(zhì)的利用率。
[0006] 本發(fā)明的目的是要解決上述細胞團簇沉積的問題，同時，本發(fā)明還希望能提供具 有更強造浪能力和浪型更豐富可調(diào)的搖動平臺。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明提供了一種用于生物反應器的搖動平臺，其包括固定平臺（2)和設置于該 固定平臺（2)的一側(cè)的第一活動平臺（1)，其中，第一活動平臺（1)能相對于固定平臺（2) 所在的平面成正角或負角上下?lián)u動。
[0008] 本文中，所述正角是指活動平臺位于固定平臺所在的平面上方時所成的角，所述 負角是指活動平臺位于固定平臺所在的平面下方所成的角。
[0009] 在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，所述固定平臺（2)的兩側(cè)分別設有第一活動平臺 (1)和第二活動平臺（r )，二者W各自獨立的角度和頻率相對于固定平臺（2)所在的平面 成正角或負角上下?lián)u動。
[0010] 在本發(fā)明的進一步優(yōu)選實施方案中，所述第一活動平臺（1)和第二活動平臺（r) 各自獨立與所述固定平臺（2)通過軸（7)可轉(zhuǎn)動式連接。
[0011] 在本發(fā)明的進一步優(yōu)選實施方案中，所述第一活動平臺（1)和第二活動平臺（r) 同向搖動或反向搖動。
[0012] 在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，還可W省略掉所述固定平臺（2)，由此將所述第一活 動平臺（1)和第二活動平臺（r)比鄰設置。優(yōu)選地，所述第一活動平臺（1)和所述第二活 動平臺（r )各自獨立地在電機和傳動裝置推動下做上下往復搖動。
[0013] 用于推動本發(fā)明中的活動平臺上下?lián)u動的機械裝置都是已知的，不再費述。
[0014] 在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，所述生物反應器為柔性袋狀生物反應器（3)。
[0015] 本發(fā)明的優(yōu)點如下：
[0016] 本發(fā)明的搖動平臺比傳統(tǒng)的曉曉板式搖動平臺和仰邸起坐式搖動平臺，在產(chǎn)生回 頭浪的強度和浪型方面更具優(yōu)勢，強化了氣液表面的更新速率，因此強化了氧氣從氣相到 液相的傳質(zhì)過程，有利于待培養(yǎng)的植物細胞的生長，也有利于避免細胞的團聚和相對沉積， 因此，實現(xiàn)了很高的細胞產(chǎn)率。此外，因本發(fā)明的搖動平臺造浪作用更強，則可W在更短時 間內(nèi)完成預定產(chǎn)率的細胞培養(yǎng)，減少了柔性塑料袋的彎折次數(shù)，或者，活動平臺可抬起更低 的角度，減少柔性袋彎折角度，該些益處均能保護柔性塑料袋更不容易因反復彎折或大角 度彎折而破損。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1是現(xiàn)有技術中的用于生物反應器的仰邸起坐式搖動平臺及其上的柔性袋狀 生物反應器的結(jié)構(gòu)示意圖。其中虛線所示為活動平臺的另一極限位置，下同。
[0018] 圖2是一種類型的本發(fā)明的用于生物反應器的搖動平臺及其上的柔性袋狀生物 反應器的結(jié)構(gòu)示意圖，其中活動平臺與固定平臺所在平面成正角。
[0019] 圖3是圖2所示搖動平臺及其上的柔性袋狀生物反應器的結(jié)構(gòu)示意圖，其中活動 平臺與固定平臺所在平面成負角。
[0020] 圖4是另一種類型的本發(fā)明的用于生物反應器的搖動平臺的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖5是其中固定平臺被省略的本發(fā)明的用于生物反應器的搖動平臺的結(jié)構(gòu)示意 圖。
[0022] 附圖標記說明：1、活動平臺；2、固定平臺；3、柔性袋狀生物反應器；4、細胞團簇； 5、細胞團簇相對沉積區(qū)；6、反應器易破損處；7、軸。

【具體實施方式】
[0023] 提供W下實施例W具體說明本發(fā)明，但不W任何方式限制本發(fā)明。
[0024] 各實施例和對比例中，均采用經(jīng)消毒的柔性塑料袋作為生物反應器來培養(yǎng)植物細 胞，袋內(nèi)容納有細胞培養(yǎng)液，待培養(yǎng)的植物細胞是葡萄細胞，并向塑料袋中充入氧氣（濃度 99. 9% )，保持一定氣體壓力，實施例和比較例中進反應器氧氣流量、濃度、壓力、溫度相同， 出氣流量、壓力經(jīng)過流量表、壓力表等計量器具測定數(shù)值，通過進出氧氣流量、壓力可W計 算出單位時間內(nèi)氧氣的消耗量（經(jīng)過測定，出氣溫度、壓力、濃度變化很小，可W視為數(shù)值 相同，通過進出氣流量數(shù)值可W確定單位時間內(nèi)氧氣消耗量，計算公式；一定時間內(nèi)進氣流 量減出氣流量的差額，除W時間，得到單位時間內(nèi)氧氣消耗量），然后將該柔性塑料袋（相 同體積20升）分別置于傳統(tǒng)的曉曉板式搖動平臺（1#搖動平臺）、仰邸起坐式搖動平臺（2# 搖動平臺）和本發(fā)明的搖動平臺（3#搖動平臺和4#搖動平臺）上,各搖動平臺長度、覺度 相同，在除搖動平臺類型不同而其他初始條件均相同的實驗條件下進行培養(yǎng)，每12小時記 錄測定的出氣流量、壓力、濃度數(shù)據(jù)，據(jù)此計算出袋內(nèi)細胞的耗氧速率。實驗中，用眼睛觀察 是否有回頭浪，W及回頭浪的強度，并觀察植物細胞的團聚情況。
[00幼 對比例1
[0026] WAVE的曉曉板式生物搖動平臺，稱為1#搖動平臺，其兩端在±15°的角度內(nèi)反相 上下運動。其中沒有觀察到回頭浪，第6日平均耗氧量為163mg/L，即平均每升細胞培養(yǎng)液 消耗163mg氧氣，細胞第6日生長倍數(shù)為4. 2倍（參見表1)。
[0027] 對比例2
[0028] 仰邸起坐式搖動平臺，即采用"一個固定平臺與一個活動平臺組合且活動平臺只 能運動到水平位置"的形式的搖動平臺，稱為2#搖動平臺，即其活動平臺在0-30°范圍內(nèi) 運動。隨著活動平臺的起伏，觀察到袋內(nèi)在遠離活動平臺一端有回頭浪存在，該回頭浪能自 回頭浪發(fā)生處起波及到固定平臺上的袋長度的約1/2處才逐漸消失。實驗中檢測的第6日 平均耗氧量為198mg/L，該說明該仰邸起坐式搖動平臺內(nèi)的氧氣傳質(zhì)效率比曉曉板式搖動 平臺有所提高。但實驗中發(fā)現(xiàn)，在培養(yǎng)袋中間部位的液相中下部，存在一個植物細胞團簇的 相對沉積區(qū)，造成細胞培養(yǎng)效率仍不夠高，第6日生長倍數(shù)為4. 5倍（參見表1)。
[0029] 實施例1
[0030] 采用"一個固定平臺與一個活動平臺組合且活動平臺可向下運動"形式的本發(fā)明 的搖動平臺，稱為3#搖動平臺，其活動平臺在±15°范圍內(nèi)上下運動。實驗中發(fā)現(xiàn)，在遠離 活動平臺的袋端部有更強烈的回頭浪發(fā)生，該回頭浪能自回頭浪發(fā)生處起波及到固定平臺 上的袋長度的近2/3甚至3/4處才消失。實驗中檢測到第6日平均耗氧量為240mg/L，說明 氧氣傳質(zhì)速率比仰邸起坐式更快。實驗中僅觀察到很少的細胞團簇沉積，甚至完全沒有沉 積，該說明在強烈的回頭浪作用下，細胞團簇在袋內(nèi)的分散性更好，因此第6日生長倍數(shù)為 5. 1倍（參見表1)。
[00引]實施例2
[0032] 采用"一個固定平臺與兩個活動平臺組合且活動平臺可向下運動"形式的本發(fā)明 的搖動平臺，稱為4#搖動平臺，其兩端的活動平臺在±15°范圍內(nèi)反相上下運動。實驗中 發(fā)現(xiàn)，在袋的兩個端部都有更強烈的回頭浪發(fā)生，即能產(chǎn)生雙向回頭浪，且每一個回頭浪能 自回頭浪發(fā)生處起波及到固定平臺上的袋長度的近3/4處至全部袋長。實驗中檢測到第6 日平均耗氧量為271mg/l，說明氧氣傳質(zhì)速率比3#搖床更快。實驗中幾乎沒有觀察到細胞 團簇或沉積現(xiàn)象，該說明在強烈的雙向回頭浪作用下，細胞團簇在袋內(nèi)的分散性更好，第6 日生長倍數(shù)為5. 5倍（參見表一）。
[0033] 表 1
[0034]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于生物反應器的搖動平臺，其包括固定平臺（2)和設置于該固定平臺（2)的 一側(cè)的第一活動平臺（1)，其特征在于： 第一活動平臺（1)能相對于固定平臺（2)所在的平面成正角或負角上下?lián)u動。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的搖動平臺，其特征在于所述固定平臺（2)的兩側(cè)分別設有第 一活動平臺（1)和第二活動平臺（1'），二者以各自獨立的角度和頻率相對于固定平臺（2) 所在的平面成正角或負角上下?lián)u動。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的搖動平臺，其特征在于所述第一活動平臺（1)和第二活動平 臺（1'）各自獨立與所述固定平臺（2)通過軸（7)可轉(zhuǎn)動式連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的搖動平臺，其特征在于所述第一活動平臺（1)和第二活動平 臺（1'）同向搖動或反向搖動。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的搖動平臺，其特征在于：省略掉所述固定平臺（2)，由此將所 述第一活動平臺（1)和第二活動平臺（1'）比鄰設置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的搖動平臺，其特征在于所述第一活動平臺（1)和所述第二活 動平臺（1'）各自獨立地在電機和傳動裝置推動下做上下往復搖動。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的搖動平臺，其中所述生物反應器為柔性袋狀生物 反應器（3)。
【文檔編號】C12M1/00GK104357324SQ201410675127
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月21日
【發(fā)明者】張衛(wèi), 顧寶善, 龔衛(wèi)東, 石萬利 申請人:天津艾賽博生物技術有限公司