[实用新型]一种空气分布装置及包含其的非静态生物反应器

说明书

本实用新型涉及一种空气分布装置及包含其的非静态生物反应器，所述空气分布装置包括空气容置箱体，其顶部封盖上设有多个均匀分布的孔洞，且所述孔洞至少具有2种不同孔径R1、R2，所述封盖中心安装可旋转的挡板，所述空气容置箱体的侧壁连接进气通道。所述非静态生物反应器包括罐体，所述空气分布装置安装在所述罐体内。本实用新型所述空气分布装置能有效降低通气时的剪切应力，使得非静态生物反应器内的细胞保持较好的悬浮状态，生产效率高，生产成本低，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，尤其是一种空气分布装置及包含其的非静态生物反应器。

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空气分布装置，以解决细胞悬浮培养通气时带来的剪切力过大，带来的液体混合效果差、培养效率低的问题。

本发明还提供一种包含所述空气分布装置的非静态生物反应器，该装置悬浮培养效果佳，氧传质系数适宜，剪切力适宜，成本较低，易于进行大规模细胞悬浮培养。

本实用新型所述空气分布装置，采用不同孔径的孔洞组合的方式，在不同的培养期，以挡板旋转进行孔径切换，具体来说：前期细胞密度较低时，采用较大孔径，后期密度较高时采用较小孔径，从而实现在保持一定的通气比，或者进行微调的情况下，满足不同生长阶段细胞对溶解氧的需求，同时有效避免现有技术中为了改变溶氧量，单纯依靠增大通气比来实现，造成气体对细胞的剪切力过大，导致细胞死亡的现象。另外，所述空气分布装置采用切换孔径的思路来实现对溶氧量的调节，有效避免因大通气带来的泡沫激增问题，可以使装料系数由现有技术的50％提升到80％以上。最后，采用所述空气分布装置的生物反应器，可有效节约空气成本，单位基质细胞收率可以达到15g/l以上的高密度。

为解决此技术问题，本实用新型采取以下方案：