[实用新型]用于生物反应器的培养基外循环更新装置

说明书

本公开公开了用于生物反应器的培养基外循环更新装置，所述生物反应器具有容纳动物细胞和培养基的混合溶液的罐体，所述培养基外循环更新装置包括：透析组件，所述透析组件设置在罐体之外，并且包括透析过滤器，所述透析过滤器构造成将与动物细胞分离的培养基中的有害代谢物质透析到透析液中；和与透析组件流体连通的通气组件，所述通气组件设置在罐体之外，并且包括气体分布器，所述气体分布器构造成将气体传递到与动物细胞分离的培养基中，并且其中，气体分布器和透析过滤器形成为一个整体件。培养基外循环更新装置将气体交换功能和透析功能集成为一个整体，进行了紧凑化的设计。

技术领域

本公开总体上涉及生物反应器领域。更具体来说，本公开涉及一种用于生物反应器的培养基外循环更新装置。

背景技术

在动物细胞的生物反应器设计中，氧气在培养基中的溶解能力一直是最重要的设计参数之一。一般情况下，氧气的传递速率要大于动物细胞的氧气消耗速率，以其维持动物细胞的正常代谢水平。

目前，对于生物反应器罐体内部直接进行气体输入的分布器来说，大多数一次性生物反应器采用厘米级气泡分布器和微米级气泡分布器的结合，将厘米级气泡分布器和微米级气泡分布器浸没在培养基和动物细胞的混合溶液中。厘米级气泡分布器产生的气泡直径较大，传质比表面积较小。因此，厘米级气泡分布器排出二氧化碳的能力较好，但是传递氧气的能力较差，一般用来吹散溶解培养基中的多余二氧化碳气泡。微米级气泡分布器通常采用金属或塑料材质的烧结方法制成，其最小孔径可以控制到2-20um。在相同流量的气体条件下，微米级气泡分布器产生的气泡数量众多，有效地提高了传质比表面积。但是，微米级气泡分布器产生的过小气泡会对动物细胞(尤其是干细胞)造成较为显著的伤害。另外，在生物反应器的培养基外循环装置中，气体与溶液直接接触传递会产生诸如大量泡沫，氧气传递不均匀和传递量有限等现象。因此在设计该种装置时，无气泡的传质方式有很大的优势。

在动物细胞的生物反应器设计中，如何排除培养基中的有害物质也是一大难题。动物细胞随着数量增加而代谢出大量的副产物，副产物的积累对动物细胞的生长和代谢产生很大的抑制作用。因此需要监控此类副产物的浓度，并想办法从培养基中排出此类副产物。目前，大多数一次性生物反应器采用灌流(稀释或者重力沉降换液)的方法将动物细胞与培养基分离，并注入新鲜培养基。该方法虽然有效稀释了副产物的浓度，但是也带来了两个问题。一个问题是培养基的大量浪费。该方法在日换液体积达到一到两个培养体积，并且如果整个过程以14天为周期的话，培养基将损失10-20个体积。动物细胞的培养基(特别是干细胞的培养基)价格一般是每升一千到数千元人民币，如果大规模培养其成本可想而知。另一个问题是有效生长因子的流失。该方法采用直接稀释的方法来进行培养基的更换，不仅稀释了副产物、也稀释掉生长因子等促进细胞生长的生长因子的浓度。外援添加生长因子不但配置复杂，而且成本非常高昂。

实用新型内容

本公开的目的之一是提供一种能够克服现有技术中至少一个缺陷的培养基外循环更新装置。

本公开的第一方面涉及一种用于生物反应器的培养基外循环更新装置，其中，所述生物反应器具有容纳动物细胞和培养基的混合溶液的罐体，所述培养基外循环更新装置包括：

透析组件，所述透析组件设置在罐体之外，并且包括透析过滤器，所述透析过滤器构造成将与动物细胞分离的培养基中的有害代谢物质透析到透析液中，和

与透析组件流体连通的通气组件，所述通气组件设置在罐体之外，并且包括气体分布器，所述气体分布器构造成将气体传递到与动物细胞分离的培养基中，并且其中，气体分布器和透析过滤器形成为一个整体件。

在一些实施例中，气体分布器包括壳体、以及设置在壳体中的膜片，其中，气体分布器的壳体包括中空内腔，所述膜片将壳体的中空内腔分隔成供培养基流动通过的培养基腔室和供气体流动通过的气体腔室。

在一些实施例中，膜片构造成将气体腔室中的气体以无气泡的方式溶解至培养基腔室中的培养基。