[实用新型]一种柔性生物反应器

说明书

本实用新型涉及一种柔性生物反应器，包括柔性材质的罐体，所述罐体包括相贯通的第一腔体和第二腔体，所述第一腔体位于所述第二腔体上方，所述第一腔体为柱体或台体，所述第二腔体为倒椎体，所述第一腔体上设有接种口、培养基入口和出气口，所述第二腔体上设有进气口，所述进气口连接通气装置。本实用新型结构简单，悬浮培养效果佳，氧传质系数适宜，剪切力适宜，成本较低，易于进行大规模生产。

技术领域

本实用新型涉及细胞培养设备领域，尤其是一种柔性生物反应器。

背景技术

生物反应器是规模化进行细胞悬浮培养的关键设备，以植物细胞培养为例，由于植物来源的天然产品的获取途径现在主要是依靠提取野生植物资源或人工种植资源，然而大部分野生植物资源由于过度采挖而面临资源枯竭的难题。人工种植资源在一定程度上缓解了植物来源的天然产物产量不足问题，但是人工种植来源的产品常存在含量不稳定、重金属超标、农残超标等问题，同时人工种植易造成林地、耕地的占用，环境的破坏问题。因此采用植物细胞悬浮技术，结合生物反应器技术进行天然活性产物的工业化生产，是解决植物来源的天然产物资源短缺的重要途径之一。

目前植物细胞悬浮培养生物反应器是在传统微生物培养生物反应器的基础上发展而来，主要类型有机械搅拌式、气升式、鼓泡式、转鼓式和固定床等。以上生物反应器的构型均为圆柱体结构，研究中发现植物细胞悬浮培养时圆柱体构型生物反应器底部容易沉积较多细胞，尤其植物细胞悬浮培养前期及后期细胞容易出现聚集效应，导致沉积现象严重，直接影响细胞的生长繁殖及次级代谢产物合成，造成细胞单位基质收率和目标产物含量低的问题。虽然搅拌桨在一定程度上可以改善沉积，但是聚集的细胞团对剪切力的敏感度比单细胞高的多，使得大量细胞在悬浮培养期间死亡。气升式和鼓泡式生物反应器为了使聚集的细胞团悬浮，需要足够大的通气比，然而通气比增大的同时气泡破裂造成的剪切力也大大增加，同时伴随泡沫增加，二氧化碳过度逃逸，不利于植物细胞的生长及代谢。固定化培养在一定程度上降低了植物细胞对剪切力的敏感和细胞易分化现象，但是天然产物多属于胞内产物，限制其推广应用。

一次性波浪式生物反应器是近十几年发展起来的较适合动植物细胞悬浮培养的生物反应器，其主要是借助摇动平台的造浪作用增加气液面积达到混合及氧供应的。但是研究中发现，一次性波浪式生物反应器针对易聚集的、颗粒较大的细胞团的悬浮培养效果较差，且装料系数一般只有50％。中国发明专利CN103224882A公开了带有曝气装置的一次性波浪式生物反应器，但是对于易聚集的植物细胞团而言，增加曝气装置的效果并不理想，表现为只在曝气装置的周围很窄范围内有一定的推动作用，若加大通气量，则剪切力和泡沫问题也加大，不利于植物细胞生长繁殖，因此底部平面面积过大对于植物细胞悬浮培养是极不利的。

实用新型内容

针对上述情况，本实用新型提供一种柔性生物反应器，以解决悬浮培养中细胞沉积问题和通气造成剪切力过大的问题。

本实用新型所述柔性生物反应器，包括柔性材质一体成型的罐体，优选聚酰胺、聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-乙烯醇共聚物等，较现有技术的硬材质而言，柔性材质的罐体易于批量化组装，运输，辐照，接种培养，方便规模工业化生产。另一方面，细胞培养期间容易粘附在罐体侧壁上，采用柔性材料可以按压袋体，粘附细胞易于脱壁重新返回液体中，可以降低前期接种量，同时提升发酵液细胞均一性。

本实用新型所述柔性生物反应器，由第一腔体和第二腔体组成罐体，其中第一腔体承担主要的细胞培养功能，第二腔体中也容置有部分细胞，其关键在于，通过第二腔体上的倾斜面设计，结合通气干扰，解决现有技术中植物细胞培养因细胞聚集成团而形成沉淀平面的问题。

优选地，第二腔体至少1个倾斜面的倾角为30-70度，更优选为倾角45-60度，此时可以使整个培养周期内细胞处于良好悬浮状态，利于细胞生长繁殖，提高单位基质细胞收率，降低生产成本。

优选地，采用所述空气分布装置，利用孔径切换，将通过所述进气口进入所述罐体的气流分散成大小可调节的气泡。