[实用新型]蠕动循环式生物反应器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种蠕动循环式生物反应器，该生物反应器主要用于动物细胞培养以及利用动物细胞进行生物技术产品的生产，也可用于昆虫细胞和植物细胞和微生物的培养及其生物技术产品的生产。

背景技术

利用培养的动物细胞（包括人类细胞）进行生命科学研究，细胞移植治疗临床疾病和生物技术产品（如蛋白类，多肽类，核酸类，抗体类，病毒载体和病毒疫苗类）的生产，往往需要进行高效的和规模化的动物细胞培养，因此需要研发和生产能满足高效率和规模化生产的动物生物反应器。所谓动物生物反应器就是在人工设定的温度、PH和溶氧等条件下进行大规模的动物细胞培养以及利用这些大规模培养的动物细胞进行生物技术产品生产的装置。由于动物细胞生长缓慢且无细胞壁，对温度和PH等环境变化适应能力差以及对通气和搅拌造成的剪切力敏感，因此，在进行动物细胞培养时，要在适宜的温度和Ph环境下，提供细胞最充分的氧气和营养物质，而最大限度地避免搅拌和充气气泡造成的剪切损伤。这也是动物生物反应器与其他培养装置（如微生物发酵罐）不同之处。近几十年来该领域的科技人员一直在致力于理想的动物生物反应器的研发和生产，目前从逐级放大到工业化生产已有不同类型生物反应器进入市场，例如多层板培养装置、转瓶培养器、塑料袋增殖器、螺旋膜培养装置、管式螺旋培养装置、陶质矩形通道蜂窝状培养装置、流化床培养装置、中空纤维培养装置，膜式培养装置、搅拌培养装置、气升式培养装置和灌流式培养装置等，其原理都是尽可能提高气液接触和气液交换以增加培养液的溶氧，以尽可能小的剪切力实现充分混合以满足细胞对氧气和营养物质的需求。从培养细胞的生长形式分来看，上述生物反应器可为悬浮培养式和贴壁培养式两大类。悬浮培养式生物反应器主要用于非贴壁细胞的悬浮培养和贴壁细胞-微载体的悬浮培养，所谓非贴壁型细胞，即是无需附着于支持物表面即可生长，包括血液、淋巴组织细胞、许多肿瘤细胞及某些转化细胞。这类细胞需要进行悬浮培养。无血清悬浮培养是用纯化的人源或动物来源的已知蛋白或激素代替动物血清的一种细胞培养方式，它能减少后期纯化工作，提高产品质量，正逐渐成为动物细胞大规模培养的趋势。所谓贴壁型细胞，则是需要附着于带适量电荷的支持物表面才能生长的细胞，大多数动物细胞，非淋巴组织细胞和许多异倍体细胞均属于这一类。

尽管各种生物反应器在结构，培养细胞类型，动力传递，规模，效率，剪切力，操作复杂性，是否交叉污染和价格等方面各有不同，但能在国内外形成主流产品的主要包括有：转瓶生物反应器，磁力搅拌生物反应器，NBS为代表的笼式生物反应器，WAVE波浪式生物反应器和AP激流式生物反应器等。其中转瓶培养装置可进行贴壁细胞培养，具有剪切力小的优点；磁力搅拌培养装置对非贴壁细胞和贴壁细胞-微载体均可进行悬浮培养，但磁力搅拌剪切力较大；无论转瓶培养装置还是磁力搅拌培养装置，都只能进行小规模细胞培养或为规模化培养提供种子放大，劳动强度大，效率低，不能规模化或者说是批量化生产，就难以质量控制，此外非一次性使用，存在交叉污染问题。市场上能够进行规模化工业化生产的代表性主流生物反应器主要有三种，一是NBS静止灌流式生物反应器，二是WAVE摇袋式生物反应器生物反应器，三是安普激流式培养装置。NBS静止灌流式生物反应器是利用培养液鼓泡充氧，搅拌浆搅拌循环，对静止生长在笼内的膜片载体上的细胞进行灌流式培养，具有剪切力小和适于大规模贴壁细胞培养，缺点是不适于悬浮培养，因搅拌的剪切力过大会对悬浮培养的细胞组成损伤，而且该设备结构复杂，还存在操作技术难度大，价格昂贵，非一次性使用存在清洗消毒的费时费力和交叉污染问题。WAVE摇袋式生物反应器是将细胞培养在一次性塑料软袋中进行培养，通过摇袋产生波浪，使细胞悬浮，培养液混合，气体交换，其剪切力相对较小，适于非贴壁细胞和微载体-贴壁细胞的悬浮培养。其主要缺点是：该产品对贴壁细胞不能高密度的培养，据报道，至少10倍低于静止灌流式培养。对悬浮培养的细胞，小体积培养时,不能产生足够的波浪使细胞悬浮，细胞沉积在袋底，在摇动过程中相互摩擦而损伤，因此小规模放大时，往往需要借助转瓶或磁力搅拌培养瓶。其次，不同型号的WAVE培养袋要用与之匹配的摇摆器，小袋部能用大摇摆器，大袋也不能用小摇摆器，要从小规模培养经逐级放大到大规模工业化生产需要购买一系列昂贵的设备。安普激流式培养装置具有溶氧高，剪切力小和一次性激流式反应袋无交叉污染的优点， 但仅可用于规模化贴壁细胞的静止培养，不能用于非贴壁细胞的悬浮培养，因为利用蠕动泵产生的培养液循环会反复挤压悬浮培养的细胞。该设备也较昂贵，操作也较复杂。

实用新型内容