一種雙螺旋生物反應器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種雙螺旋生物反應器，主要包括罐體，罐體包括外殼、內(nèi)腔、頂蓋及導流底座，頂蓋及導流底座分別固定于內(nèi)腔的上下兩端，外殼與頂蓋固定使得罐體形成內(nèi)外雙腔體結(jié)構(gòu)，頂蓋上設置有多個安裝孔，用于插接傳感器及管路，導流底座為兩組反向單向閥門，反應器還包括用于調(diào)控罐體內(nèi)外雙腔體壓力差的控制模塊，控制模塊控制兩組反向單向閥門的開啟及關閉，使得罐體內(nèi)外雙腔體連通形成螺旋渦流。本實用新型罐體采用內(nèi)外雙腔體結(jié)構(gòu)，導流底座為兩組反向單向閥門，通過加壓排氣使罐內(nèi)液體進行交換并形成內(nèi)腔渦流和外腔渦流的雙螺旋現(xiàn)象從而起到混合作用，這種結(jié)構(gòu)減低了剪切力對細胞的損傷，同時減低機械設備對罐體污染的風險，節(jié)省成本。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及生物反應器領域，具體涉及一種雙螺旋生物反應器。 一種雙螺旋生物反應器

【背景技術】
[0002] 生物反應器是為適應生物反應(或生化反應）的特點而設計的反應設備，現(xiàn)有的生 物反應器主要包括以下幾種類型：
[0003] 1、機械攪拌式生物反應器：其是開發(fā)較早、應用較廣的一類生物反應器，這種反應 器的構(gòu)造主要在罐體內(nèi)有一個攪拌槳，攪拌槳由電機驅(qū)動達到混合液體的目的。其培養(yǎng)規(guī) 模可達2000L，若再配合微載體、多孔微球、灌注技術，可使細胞密度達到6X106/mL以上， 而且消毒方便。另外，其最大的優(yōu)點是能培養(yǎng)各種類型的動物細胞，培養(yǎng)工藝容易放大，產(chǎn) 品質(zhì)量穩(wěn)定，非常適合工廠化生產(chǎn)；但不足之處是機械攪拌所產(chǎn)生的剪切力對細胞有一定 的損傷。
[0004] 2、氣升式生物反應器：其是英國Celltech公司在1985年應用100L的氣升式生 物反應器對雜交瘤細胞進行了大規(guī)模培養(yǎng)，現(xiàn)在還開發(fā)出了 10000L氣升式生物反應器用 于各類單克隆抗體的規(guī)模化生產(chǎn)。這種類型的生物反應器構(gòu)造主要是底部注入高速壓縮空 氣，由空氣在液體內(nèi)的高速運動而使液體流動，缺點是高流速的氣體對細胞損傷較大，對其 他類型的培養(yǎng)方式不支持。
[0005] 3、一次性反應器：其技術和理念擁有和不銹鋼反應器同樣的生產(chǎn)特征，目前有機 械攪拌式，攪拌槳固定在一次性袋中。美國PBS公司研發(fā)出一種Airwheel-次性生物反 應器，混合液體的方式也是攪拌槳進行混合，但這種反應器攪拌槳為葉輪垂直安裝，驅(qū)動方 式也不是電機驅(qū)動，而是在液體內(nèi)通入空氣，氣泡的上升帶動攪拌槳運動，其轉(zhuǎn)速由通氣量 決定。一次性技術可以讓生物制藥生產(chǎn)者更加靈活地控制生產(chǎn)。但一次性反應器培養(yǎng)袋的 價格高昂，50L-次性反應器的培養(yǎng)袋價格在20000人民幣左右。 實用新型內(nèi)容
[0006] 為了解決上述技術問題，本實用新型提供一種雙螺旋生物反應器，該反應器無攪 拌槳，無傳動電機，大大減小了剪切力，減低了剪切力對細胞的損傷。同時由于無攪拌槳及 傳動電機，減低了機械設備對罐體污染的風險，節(jié)省了成本。
[0007] 本實用新型的目的通過以下技術方案來具體實現(xiàn)：
[0008] -種雙螺旋生物反應器，主要包括罐體，所述罐體包括外殼、內(nèi)腔、頂蓋及導流底 座，頂蓋及導流底座分別固定于內(nèi)腔的上下兩端，外殼與頂蓋固定使得罐體形成內(nèi)外雙腔 體結(jié)構(gòu)，所述頂蓋上設置有多個安裝孔，用于插接傳感器及管路，導流底座為兩組反向單向 閥門，反應器還包括用于調(diào)控罐體內(nèi)外雙腔體壓力差的控制模塊，控制模塊通過調(diào)控罐體 內(nèi)外雙腔體壓力差來控制兩組反向單向閥門的開啟及關閉，使得罐體的內(nèi)外雙腔體連通形 成螺旋渦流。
[0009] 進一步的，所述控制模塊主要包括控制主機、液位傳感器及液位開關，所述罐體的 外腔體頂部設置有外腔體進氣口及外腔體排氣口，內(nèi)腔體頂部設置有內(nèi)腔體進氣口及內(nèi)腔 體排氣口，所述液位傳感器位于罐體內(nèi)，液位開關位于控制主機內(nèi)，所述液位開關的信號輸 入端與液位傳感器連接，信號輸出端與內(nèi)腔體進氣口、內(nèi)腔體排氣口、外腔體進氣口及外腔 體排氣口中的電磁閥連接。
[0010] 進一步的，所述外腔為頂端開口的空心圓柱體結(jié)構(gòu)，所述導流底座呈多面體結(jié)構(gòu)， 導流底座的每個面即為一單向閥門，所述內(nèi)腔為空心多面體結(jié)構(gòu)，內(nèi)腔的面數(shù)與導流底座 的面數(shù)相對應。
[0011] 進一步的，所述導流底座的各面以內(nèi)腔中對應的棱柱所在位置為轉(zhuǎn)軸，相鄰兩個 面開口方向內(nèi)外交錯，形成兩組反向單向閥門；同組單向閥門中的各單向閥門角度相同且 方向一致。
[0012] 進一步的，所述各單向閥門均具有限位機構(gòu)，所述限位機構(gòu)為一固定銷，固定銷的 底端固定在外殼的底部。
[0013] 進一步的，所述導流底座、內(nèi)腔及頂蓋一體成型。
[0014] 進一步的，所述導流底座、外殼、內(nèi)腔及頂蓋一體成型。
[0015] 進一步的，所述罐體外腔的頂部安裝有pH傳感器、D0傳感器及溫度傳感器。
[0016] 進一步的，所述罐體由聚碳酸酯制成，罐體的體積為5L-1000L。
[0017] 進一步的，所述外腔頂端設置有安裝孔及密封槽，通過螺絲與頂蓋固連。
[0018] 本實用新型一種雙螺旋生物反應器，罐體部分采用內(nèi)外雙腔體式結(jié)構(gòu)，導流底座 為兩組反向單向閥門形成導流，潔凈的壓縮空氣通過對內(nèi)外腔體進行加壓排氣使罐內(nèi)液體 進行交換并形成內(nèi)腔渦流和外腔渦流的雙螺旋現(xiàn)象從而起到混合作用，這種結(jié)構(gòu)省去了傳 統(tǒng)機械攪拌的結(jié)構(gòu)，無攪拌槳，無傳動電機，大大減小了剪切力，減低了剪切力對細胞的損 傷，同時由于無攪拌槳及傳動電機，減低了機械設備對罐體污染的風險，能耗低，節(jié)省了成 本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 下面根據(jù)附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細說明。
[0020] 圖1是本實用新型一種雙螺旋生物反應器的結(jié)構(gòu)簡圖；
[0021] 圖2是本實用新型一種雙螺旋生物反應器的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖3是本實用新型一種雙螺旋生物反應器的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖4是本實用新型一種雙螺旋生物反應器的內(nèi)腔體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖5是液體在反應器內(nèi)腔之間循環(huán)通過內(nèi)腔底部的導流底座形成的渦流示意圖。
[0025] 圖中：1_外殼；2-內(nèi)腔；3-頂蓋；4-單向閥門；5-固定銷；6-內(nèi)腔體排氣□ ;7_內(nèi) 腔體進氣口；8-外腔體排氣口；9-外腔體進氣口； 10-液位傳感器；11-pH傳感器；12-控制 主機；13-D0傳感器；14-溫度傳感器。

【具體實施方式】
[0026] 如圖1-4所示，本實用新型實施例所述的一種雙螺旋生物反應器，主要包括罐體， 罐體包括外殼1、內(nèi)腔2、頂蓋3及導流底座，頂蓋3及導流底座分別固定于內(nèi)腔2的上下兩 端，外殼1與頂蓋3固定使得罐體形成內(nèi)外雙腔體結(jié)構(gòu)，頂蓋3上設置有多個安裝孔，用于 插接傳感器及管路，如(通氣、取樣、進液、收集、進堿液等管道)，導流底座為兩組反向單向 閥門4,反應器還包括用于調(diào)控罐體內(nèi)外雙腔體壓力差的控制模塊，控制模塊通過調(diào)控罐體 內(nèi)外雙腔體壓力差來控制兩組反向單向閥門4的開啟及關閉，使得罐體的內(nèi)外雙腔體連通 形成螺旋渦流。
[0027] -種優(yōu)選的實施方式，控制模塊主要包括控制主機12、液位傳感器10及液位開 關，罐體的外腔體頂部設置有外腔體進氣口 9及外腔體排氣口 8,內(nèi)腔體頂部設置有內(nèi)腔體 進氣口 7及內(nèi)腔體排氣口 6,液位傳感器10位于罐體內(nèi)，液位開關位于控制主機12內(nèi)，液 位開關的信號輸入端與液位傳感器10連接，信號輸出端與內(nèi)腔體進氣口 7、內(nèi)腔體排氣口 6、外腔體進氣口 9及外腔體排氣口 8中的電磁閥連接?？刂苾?nèi)腔體進氣口 7、內(nèi)腔體排氣 口 6、外腔體進氣口 9及外腔體排氣口 8的通斷。由兩路壓縮空氣提供液體交換壓力，外腔 體與內(nèi)腔體側(cè)壁上的液位傳感器10將檢測到的液體的高點與低點信號傳送給液位開關， 由此決定打開/關閉各個電磁閥的時間。具體為：內(nèi)腔體進氣口 7打開時，內(nèi)腔體排氣口 6 關，外腔體進氣口 9關，外腔體排氣口 8開；外腔體進氣口 9打開時，外腔體排氣口 8關，內(nèi) 腔體進氣口 7關，內(nèi)腔體排氣口 6開，內(nèi)外腔體液面交互升至高點后與低點連通啟動相應動 作，液體在反應器的內(nèi)外腔體之間循環(huán)通過導流底座形成渦流。
[0028] 優(yōu)選的，外腔1為頂端開口的空心圓柱體結(jié)構(gòu)，導流底座呈多面體結(jié)構(gòu)，本實施例 中采用八面體，但是并不限于八面，可根據(jù)需要設定，導流底座的每個面即為一單向閥門4， 內(nèi)腔2為空心多面體結(jié)構(gòu)，內(nèi)腔2的面數(shù)與導流底座的面數(shù)相對應；導流底座的各面以內(nèi) 腔2中對應的棱柱所在位置為轉(zhuǎn)軸，相鄰兩個面開口方向內(nèi)外交錯，形成兩組反向單向閥 門4;同組單向閥門中的各單向閥門4角度相同且方向一致；為了限制單向閥門4開啟時的 張開角度，各單向閥門4均具有限位機構(gòu)，限位機構(gòu)為一固定銷5,固定銷5的底端固定在 外殼1的底部。當內(nèi)腔體中的液體降至低點后，外腔體給壓液體返回內(nèi)腔；導流底座開啟 另外一組向內(nèi)腔導流的單向閥門4，具有統(tǒng)一角度且方向一致，內(nèi)外腔體開啟單向閥方向都 為順時針方向，進過內(nèi)外交換液體在內(nèi)腔和外腔都進行旋轉(zhuǎn)攪拌啟到混合作用，形成如圖5 所示的渦流。
[0029] 優(yōu)選的，當反應器為重復使用時，導流底座、內(nèi)腔2及頂蓋3 -體成型，重復使用性 能好。
[0030] 優(yōu)選的，當反應器為一次性使用時，導流底座、外殼1、內(nèi)腔2及頂蓋3 -體成型，使 用簡便、價格低廉、使用三層包裝輻照滅菌，無菌可靠性高。
[0031] 優(yōu)選的，在罐體外腔體的頂部安裝有pH傳感器11、D0傳感器13及溫度傳感器14， 用于檢測罐體內(nèi)液體pH值、溶氧量及溫度等相關參數(shù)，通過四路質(zhì)量流量計控制Air、02、 N2、C02的混合過程，進而調(diào)節(jié)罐體內(nèi)液體pH值，當罐體內(nèi)液體當前pH值低于設定的pH值 時,通過蠕動泵向罐體內(nèi)注入堿性液體，當罐體內(nèi)液體當前pH值高于設定的pH值時，則通 過調(diào)節(jié)Air、C02的流量來調(diào)節(jié)液體的pH值。反應器中的pH傳感器11、D0傳感器13、溫度 傳感器14、各進氣口排氣口中電磁閥的通斷及蠕動泵的啟停均由PLC控制，通過人機交互 界面觀察及設定參數(shù)。
[0032] 優(yōu)選的，罐體由聚碳酸酯制成，耐高溫、高壓，適合反復濕熱滅菌；罐體的體積多 樣，為5L-1000L，具體可為5L、15L、50L、100L、500L、1000L中的任意一種，根據(jù)罐體體積 規(guī)格的不同，氣壓提供方式不同，實驗室級別由不小于〇.2Mpa的壓縮空氣提供，50L以上 (包含50L)反應器由控制系統(tǒng)自帶空壓機提供壓縮空氣的進行與排氣。
[0033] 優(yōu)選的，外腔1頂端設置有安裝孔及密封槽，密封槽設置有0型圈，通過螺絲與頂 蓋3固連密封，達到更好的連接密封效果。
[〇〇34] 最后應說明的是：以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本 實用新型，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進 行調(diào)節(jié)，或者對其中部分技術特征進行等同替換，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作 的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1. 一種雙螺旋生物反應器，其特征在于：主要包括罐體，所述罐體包括外殼、內(nèi)腔、頂 蓋及導流底座，頂蓋及導流底座分別固定于內(nèi)腔的上下兩端，外殼與頂蓋固定使得罐體形 成內(nèi)外雙腔體結(jié)構(gòu)，所述頂蓋上設置有多個安裝孔，用于插接傳感器及管路，導流底座為兩 組反向單向閥門，反應器還包括用于調(diào)控罐體內(nèi)外雙腔體壓力差的控制模塊，控制模塊控 制兩組反向單向閥門的開啟及關閉，使得罐體的內(nèi)外雙腔體連通形成螺旋渦流。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種雙螺旋生物反應器，其特征在于：所述控制模塊主要包 括控制主機、液位傳感器及液位開關，所述罐體的外腔體頂部設置有外腔體進氣口及外腔 體排氣口，內(nèi)腔體頂部設置有內(nèi)腔體進氣口及內(nèi)腔體排氣口，所述液位傳感器位于罐體內(nèi)， 液位開關位于控制主機內(nèi)，所述液位開關的信號輸入端與液位傳感器連接，信號輸出端與 內(nèi)腔體進氣口、內(nèi)腔體排氣口、外腔體進氣口及外腔體排氣口中的電磁閥連接。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的一種雙螺旋生物反應器，其特征在于：所述外腔為頂端 開口的空心圓柱體結(jié)構(gòu)，所述導流底座呈多面體結(jié)構(gòu)，導流底座的每個面即為一單向閥門， 所述內(nèi)腔為空心多面體結(jié)構(gòu)，內(nèi)腔的面數(shù)與導流底座的面數(shù)相對應。
4. 根據(jù)權利要求3所述的一種雙螺旋生物反應器，其特征在于：所述導流底座的各面 以內(nèi)腔中對應的棱柱所在位置為轉(zhuǎn)軸，相鄰兩個面開口方向內(nèi)外交錯，形成兩組反向單向 閥門；同組單向閥門中的各單向閥門角度相同且方向一致。
5. 根據(jù)權利要求4所述的一種雙螺旋生物反應器，其特征在于：所述各單向閥門均具 有限位機構(gòu)，所述限位機構(gòu)為一固定銷，固定銷的底端固定在外殼的底部。
6. 根據(jù)權利要求5所述的一種雙螺旋生物反應器，其特征在于：所述導流底座、內(nèi)腔及 頂蓋一體成型。
7. 根據(jù)權利要求5所述的一種雙螺旋生物反應器，其特征在于：所述導流底座、外殼、 內(nèi)腔及頂蓋一體成型。
8. 根據(jù)權利要求1、2、4、5、6或7任意一項所述的一種雙螺旋生物反應器，其特征在于： 所述罐體外腔的頂部安裝有pH傳感器、DO傳感器及溫度傳感器。
9. 根據(jù)權利要求8所述的一種雙螺旋生物反應器，其特征在于：所述罐體由聚碳酸酯 制成，罐體的體積為5L-1000L。
10. 根據(jù)權利要求9所述的一種雙螺旋生物反應器，其特征在于：所述外腔頂端設置有 安裝孔及密封槽，通過螺絲與頂蓋固連。
【文檔編號】C12M1/04GK203866328SQ201420285254
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權日:2014年5月30日
【發(fā)明者】馬作霖, 馬忠仁 申請人:蘭州百靈生物技術有限公司