專利名稱：攪拌罐反應器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種攪拌罐反應器系統(tǒng)以及制備這樣系統(tǒng)的方法。本發(fā)明還涵蓋作為一次性生物反應器的攪拌罐反應器系統(tǒng)以及在具有一次性元件的套件中的使用。
背景技術(shù)：
生物反應器或者發(fā)酵器包括各種容器，這些容器被用來發(fā)酵、酶反應、細胞培養(yǎng)、生物制品、化學試劑、生物制藥、組織工程、微生物、植物代謝物、食品生產(chǎn)等等。從臺式發(fā)酵罐到各種尺寸的獨立單元，生物反應器在尺寸上是不同的。在一些生物反應器中用于無菌生產(chǎn)的嚴格無菌條件需要精密系統(tǒng)，以完成期望的產(chǎn)品容積。因此，在無菌生物反應器中產(chǎn)品的生產(chǎn)可能是昂貴的，這就形成了追求改善系統(tǒng)的動機。
傳統(tǒng)的生物反應器經(jīng)過單獨一種中空纖維灌注培養(yǎng)基。這種生物反應器的各種缺陷包括不均勻細胞團塊、難以取得典型細胞生長樣本、由于無效的氧合作用和不能控制氧含量導致的性能差以及與細胞培養(yǎng)污染有關(guān)的問題。此外，例如pH值的微環(huán)境因素不能有效地控制，同時細胞的混合培養(yǎng)或者共培養(yǎng)也不可能。一些已知的生物反應器包括反應容器，多孔中空纖維的中心股貫穿其中延伸，營養(yǎng)液經(jīng)過該反應容器被抽吸。該中空纖維的中心股被多個中空纖維股同心圍繞，氣態(tài)培養(yǎng)基通過這些中空纖維股傳送。這些股的中空纖維還以這樣方式構(gòu)成，即例如氧或者二氧化碳的氣態(tài)培養(yǎng)基可至少部分地從這些股流出或者分別地進入這些股內(nèi)。與其他已知的裝置相比，這類生物反應器可獲得增強的培養(yǎng)基氧合作用。然而，細胞培養(yǎng)的偶然污染和不能對pH指標有效地控制是不斷出現(xiàn)的難題。
由于需要的清潔、消毒和對標準生物反應器(即不銹鋼或者玻璃反應器)的驗證，從而增加了在無菌的生物反應器中生產(chǎn)細胞、生物制藥、生物制品等等的費用。預先殺菌一次性生物反應器系統(tǒng)不需要終端用戶清潔、殺菌或者驗證，隨著這種一次性生物反應器系統(tǒng)的發(fā)展，已經(jīng)嘗試解決這個問題。通過利用這種一次性的生物反應器系統(tǒng)可明顯節(jié)約成本。此外，塑料重量輕，便于運輸以及比不銹鋼或者玻璃反應器需要更小空間。對利用在生物反應器中一次性元件已經(jīng)有報道，其中這種生物反應器包括具有支撐殼體的反應器腔室。該支撐殼體的內(nèi)腔鑲有一次性襯里，并密封有附著于襯里上的頂板，以形成密封室。當襯里在頂部敞開時，一般地用于垂直取向的生物反應器，以阻止頂板被污染。盡管此系統(tǒng)提供了一次性襯里，但頂板和內(nèi)腔仍然需要清潔和滅菌。
還有其他人嘗試開發(fā)柔軟的、一次性的塑料容器，這種容器不需要清潔或者滅菌，并只需要最少的驗證工作。這種方法可包括水平旋轉(zhuǎn)的柔軟、一次性和可透氣的細胞培養(yǎng)腔。該細胞培養(yǎng)腔由熔凝在一起的兩片塑料制成。另外，培養(yǎng)腔用透氣材料制成，并安裝在水平旋轉(zhuǎn)盤驅(qū)動器上，其中該驅(qū)動器支撐柔軟培養(yǎng)腔，而不阻礙在薄膜表面上方的氣流。該腔處于細菌培養(yǎng)箱(incubator)內(nèi)，同時根據(jù)袋子的通透系數(shù)通過控制在該細菌培養(yǎng)箱內(nèi)氣壓來控制氧氣輸送。袋子的旋轉(zhuǎn)幫助袋子中內(nèi)容物的混合。然而，細胞培養(yǎng)腔會經(jīng)常限于在被控的氣體環(huán)境內(nèi)使用。特別是，細胞培養(yǎng)腔沒有支撐機構(gòu)，被限制成小容積。此外，該培養(yǎng)腔沒有提供在旋轉(zhuǎn)期間用于把培養(yǎng)基從培養(yǎng)腔中恒定抽入和抽出的入口和出口。
一些公司已經(jīng)開發(fā)出大量不需要清潔或者滅菌的預先滅菌、一次性生物反應器。這種反應器由柔軟不透氣材料制成，形成袋子形狀。該袋子局部填充有培養(yǎng)基，然后用連續(xù)穿過袋子頂部空間的空氣膨脹。該培養(yǎng)基通過搖擺袋子而混合并充有氣體，增加空氣液體接觸面。然而，由于一般沒有支撐袋子的固定殼體，從而由于這些袋子在尺寸上增加而變得笨重并難以操縱。此外，在搖擺袋子內(nèi)部的波動作用可產(chǎn)生破壞性的擾動力。某些細胞培養(yǎng)，特別是人類細胞培養(yǎng)在更溫和的條件下會更好。
因此，一直存在著開發(fā)柔軟、預先滅菌、一次性的生物反應器的需求，這種生物反應器容易操縱并幾乎不需要培訓就可以操作，但仍然能提供用于成功的細胞和組織培養(yǎng)而必要的氣體輸送和培養(yǎng)基組合。這種一次性生物反應器對于化學試劑、生物制藥、生物制品、細胞、微生物、植物代謝物、食品等等的生產(chǎn)同樣有用。

發(fā)明內(nèi)容
在第一方面，本發(fā)明提供一種具有一次性元件的攪拌罐反應器系統(tǒng)，例如帶有固定軸承、軸和葉輪組件的柔軟塑料袋子。本發(fā)明還涉及作為一次性生物反應器以及在具有一次性元件的套件中的此新穎攪拌罐反應器系統(tǒng)的利用。本發(fā)明的優(yōu)點是多方面的。具體地說，該攪拌罐反應器系統(tǒng)可預先滅菌，同時不需要在培養(yǎng)或者生產(chǎn)系統(tǒng)中從批次到批次或者從產(chǎn)物到產(chǎn)物變化的就地蒸發(fā)(SIP)或者就地清洗(CIP)環(huán)境。因而，該系統(tǒng)通過確保批次到批次的零污染而需要很少的調(diào)節(jié)控制，并因此可以相當?shù)偷某杀緛聿僮?，同時在使用前準備很少或者根本不需要準備。另外，該系統(tǒng)可以是不同于其他的一次性反應器系統(tǒng)的純粹攪拌罐反應器系統(tǒng)。這就提供了附加的優(yōu)點，即本發(fā)明可提供這樣的流體動力環(huán)境，該環(huán)境可類似于傳統(tǒng)的非一次性反應器系統(tǒng)那樣按照比例變化各種尺寸。由于該系統(tǒng)一般不需要清潔或者滅菌，在細胞培養(yǎng)或者生產(chǎn)過程期間，它把柔軟、易于使用、純粹的攪拌罐反應器環(huán)境與零交叉污染結(jié)合起來。
本發(fā)明的一個方面是提供一種攪拌罐反應器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括帶有至少一個開口的柔軟袋子，其中該柔軟袋子作為用于流體培養(yǎng)基的無菌容器；設(shè)置在該袋子內(nèi)的軸；可聯(lián)接到該軸上的葉輪，其中該葉輪用來攪動流體培養(yǎng)基，以提供流體動力環(huán)境；以及固定到軸以及柔軟袋子開口上的軸承。柔軟袋子可通過至少一個密封件或者O形環(huán)固定到軸和軸承上，從而柔軟袋子內(nèi)部保持無菌。該密封件或者O形環(huán)可附著到袋子上。該系統(tǒng)可以是一次性的并預先滅菌。該柔軟袋子可還包括pH值傳感器和溶解氧傳感器，其中傳感器結(jié)合到柔軟袋子內(nèi)。另外，該系統(tǒng)可包括封接到袋子上的至少一個內(nèi)部小囊，其中該小囊具有可向外部敞開的一端，從而探頭(也就是測溫探頭、pH值探頭、溶解氣體傳感器、氧傳感器、二氧化碳(CO2)傳感器、細胞團塊傳感器、營養(yǎng)素傳感器、滲透壓力計等等)可被插入反應器中。該系統(tǒng)還包括在柔軟袋子內(nèi)的至少一個端口，例如管、過濾器、采樣器、探頭或者連接件件的裝置可連接到該端口上。用于采樣的端口；柔軟袋子流入和流出的氣流；流進柔軟袋子并從其中流出的液體或者培養(yǎng)基流；接種；滴定；添加化學穩(wěn)定劑；噴射；等等。
本發(fā)明的另一方面是提供一種攪拌罐反應器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括帶有至少一個開口的柔軟袋子，其中該柔軟袋子作為用于流體培養(yǎng)基的無菌容器；設(shè)置在該袋子內(nèi)的軸；可聯(lián)接到該軸上的葉輪，其中該葉輪用來攪動流體培養(yǎng)基，以提供流體動力環(huán)境；以及固定到軸以及柔軟袋子開口上的軸承。該系統(tǒng)可還包括例如在袋子外部的反應器殼體的殼體，其中該殼體包括至少容納軸承和電機的支撐件，同時該柔軟袋子容納在殼體內(nèi)。該殼體可還包括多個擋板，從而該柔軟袋子圍繞該擋板折疊?？蛇x擇的是，該系統(tǒng)還包括可位于袋子和殼體之間的加熱器(例如加熱板、蒸汽加熱套、循環(huán)流體或者水加熱器等等)?？蛇x擇的是，該加熱器可結(jié)合到殼體內(nèi)(例如帶有結(jié)合的加熱系統(tǒng)的固定反應器殼體)。
在發(fā)明的另一方面，該攪拌罐反應器系統(tǒng)包括具有產(chǎn)物回路的固定殼體，其中液流經(jīng)過pH值傳感器和溶解氧傳感器，而這些傳感器結(jié)合到殼體內(nèi)。該固定殼體包括但是不局限于金屬桶、塑料桶、木桶、玻璃桶等等。
本發(fā)明還設(shè)想一種用于制備攪拌罐反應器系統(tǒng)的方法，該方法包括提供帶有至少一個開口的柔軟袋子，其中該柔軟袋子作為用于流體培養(yǎng)基的無菌容器；把帶有固定其中的葉輪的軸插入到柔軟袋子內(nèi)，其中該葉輪用來攪動流體培養(yǎng)基，以提供流體動力環(huán)境；把軸承固定到軸上并固定到柔軟袋子的開口上；以及把柔軟袋子封接到軸和軸承上，從而柔軟袋子內(nèi)部保持無菌。通過此種方法制備的該攪拌罐反應器系統(tǒng)包括至少一個包括但不限于袋子、軸、葉輪和軸承的一次性元件。
本發(fā)明還包括套件，其中該套件包括攪拌罐反應器系統(tǒng)和使用說明書。該套件包括一次性的攪拌罐反應器系統(tǒng)。該套件還可包括這樣的攪拌罐反應器系統(tǒng)，該系統(tǒng)帶有至少一個例如袋子、軸、葉輪或者軸承的一次性元件。柔軟袋子可通過至少一個密封件或者O形環(huán)固定到軸和軸承上，使得柔軟袋子內(nèi)部保持無菌。此外，該柔軟袋子可包括pH值傳感器和溶解氧傳感器，其中傳感器結(jié)合到柔軟袋子內(nèi)。該套件可還包括封接到該袋子上的至少一個內(nèi)部小囊，其中該小囊包括向柔軟袋子外部敞開的一端，從而探頭可被插入反應器中。另外，該系統(tǒng)可在袋子內(nèi)包括至少一個端口，用于使裝置連接到該端口上，其中該裝置包括但不局限于管道、過濾器、采樣器、探頭、連接件等等。
發(fā)明的另一方面提供了用于攪拌罐反應器系統(tǒng)的袋子。該袋子可以是一次性的柔軟的塑料袋子。該袋子可還包括至少一個一次性元件，包括但不限于密封件、O形環(huán)、端口、小囊、管、過濾器、采樣器、探頭、傳感器、連接裝置等等。
在一個方面，本發(fā)明提供一種包括容器和旋轉(zhuǎn)組件的反應器系統(tǒng)。該旋轉(zhuǎn)組件可與容器的密封配合。該旋轉(zhuǎn)組件可包括適于接納驅(qū)動軸并與之可釋放聯(lián)接的可旋轉(zhuǎn)輪轂，從而當驅(qū)動軸與可旋轉(zhuǎn)輪轂可操作聯(lián)接時，驅(qū)動軸的旋轉(zhuǎn)促成可旋轉(zhuǎn)輪轂的相應旋轉(zhuǎn)。在相關(guān)方面，該系統(tǒng)可還包括與可旋轉(zhuǎn)輪轂聯(lián)接的葉輪，從而該葉輪位于容器內(nèi)并適于與驅(qū)動軸的遠端聯(lián)接。在其他方面，旋轉(zhuǎn)組件可包括殼體，借此該旋轉(zhuǎn)組件經(jīng)由殼體與容器的開口密封配合。同樣地，該系統(tǒng)可包括驅(qū)動軸，其中可旋轉(zhuǎn)輪轂和驅(qū)動軸可相對于殼體旋轉(zhuǎn)。在另外一個相關(guān)方面，該旋轉(zhuǎn)組件可包括位于殼體和可旋轉(zhuǎn)輪轂之間的軸承組件。該旋轉(zhuǎn)組件可還包括在可旋轉(zhuǎn)輪轂和殼體之間環(huán)繞可旋轉(zhuǎn)輪轂的密封裝置。相關(guān)地，該軸承組件可包括多個軌道軸承，而密封裝置可包括與可旋轉(zhuǎn)輪轂聯(lián)接的旋轉(zhuǎn)盤、與殼體聯(lián)接的抗磨板和位于旋轉(zhuǎn)盤和抗磨板之間的動態(tài)密封件。在其他方面，密封件可包括兩個或更多共面的密封件子單元。相關(guān)地，該軸承組件可包括軸頸軸承，而密封裝置可包括與可旋轉(zhuǎn)輪轂聯(lián)接的旋轉(zhuǎn)盤、與殼體聯(lián)接的抗磨板和位于旋轉(zhuǎn)盤和抗磨板之間的動態(tài)密封件。在類似方面，該葉輪可包括適于與驅(qū)動軸聯(lián)接的花鍵。經(jīng)常地，容器可包含柔軟袋子。在另一方面，可旋轉(zhuǎn)輪轂可通過柔性管與葉輪聯(lián)接。
在一個方面，本發(fā)明提供一種包括容器和噴射器組件的反應器系統(tǒng)。該噴射器組件可位于容器內(nèi)，并可包括柔軟滲透性材料片和噴射器管道。在相關(guān)方面，該滲透性材料片可包括可透過蒸氣以及抗水材料。在一些方面中，滲透性材料片可包括高密度聚乙烯纖維。在相關(guān)方面，噴射器組件可與容器的端口流體通道。同樣地，該反應器系統(tǒng)可與容器開口密封配合的旋轉(zhuǎn)組件和位于容器內(nèi)并且與旋轉(zhuǎn)組件聯(lián)接的葉輪。該噴射器主體可錨定到容器內(nèi)表面，并且在一些情況下，該噴射器組件的噴射器主體可以是大致的球形。
在另一方面，本發(fā)明提供一種生物反應器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括與驅(qū)動電機聯(lián)接的框架支撐件，位于該框架支撐件殼體內(nèi)的柔軟袋子。該柔軟袋子可包括一個或多個端口，用于把細胞培養(yǎng)物和培養(yǎng)基引入到柔軟袋子內(nèi)；與框架支撐件支架聯(lián)接并與柔軟袋子開口密封配合的旋轉(zhuǎn)組件。該旋轉(zhuǎn)組件可包括可適于容納驅(qū)動電機的驅(qū)動軸并與之聯(lián)接的輪轂。該系統(tǒng)可還包括與輪轂聯(lián)接用于攪動細胞培養(yǎng)物和培養(yǎng)基的葉輪。該葉輪可位于柔軟袋子內(nèi)并適于與驅(qū)動軸聯(lián)接。在一個方面中，該生物反應器系統(tǒng)可包括探頭組件。該探頭組件可包括與柔軟袋子聯(lián)接的端口、與端口聯(lián)接的Pall連接件、與Pall連接件聯(lián)接的套筒、與套筒聯(lián)接的聯(lián)接件以及結(jié)構(gòu)設(shè)計成與該聯(lián)接件聯(lián)接并穿過套筒、Pall連接件和端口插入并局部進入柔軟袋子的探頭。
在一個方面，本發(fā)明提供一種用于制造反應器系統(tǒng)的方法。該方法可包括把容器與旋轉(zhuǎn)組件聯(lián)接。該旋轉(zhuǎn)組件可與容器開口密封配合。該旋轉(zhuǎn)組件可包括可適于容納驅(qū)動軸并與之聯(lián)接的輪轂。該方法還可包括與輪轂聯(lián)接的葉輪，其中該葉輪位于容器內(nèi)。該方法可還包括對反應器系統(tǒng)進行滅菌。在相關(guān)方面，該滅菌步驟可包括用伽馬輻射對系統(tǒng)進行處理。
在另一方面，本發(fā)明提供一種用于制備反應器系統(tǒng)的方法。該方法可包括把反應器系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)組件殼體聯(lián)接到框支架上。該方法還可包括把反應器系統(tǒng)的容器至少部分地放置在框架殼體內(nèi)，并把驅(qū)動軸插入到旋轉(zhuǎn)組件的輪轂內(nèi)。該輪轂可位于在軸承和殼體之間的旋轉(zhuǎn)組件殼體內(nèi)；該方法還可包括把驅(qū)動軸的遠端聯(lián)接到葉輪上。該葉輪可位于容器內(nèi)并與輪轂聯(lián)接。該方法還可包括把無功分量經(jīng)由端口引入容器內(nèi)。
在一個實施例中，本發(fā)明提供一種反應器系統(tǒng)套件。該套件可具有包括容器的反應器系統(tǒng)。該反應器系統(tǒng)還包括與容器開口密封配合的旋轉(zhuǎn)組件。該旋轉(zhuǎn)組件可包括可適于容納驅(qū)動軸并與之聯(lián)接的輪轂和與輪轂聯(lián)接的葉輪。該葉輪可位于容器內(nèi)并適于與驅(qū)動軸聯(lián)接。該套件還包括使用說明書。


當與附圖結(jié)合時，可更好地理解本發(fā)明，其中這些附圖用于說明優(yōu)選實施例。然而，應該理解的是，發(fā)明不局限于在附圖中披露的具體實施例。
圖1示出了攪拌罐反應器系統(tǒng)一個實施例的縱向截面，其中該攪拌罐反應器系統(tǒng)放入到固定殼體內(nèi)。
圖2示出了探頭連接的一個實施例，以說明探頭可經(jīng)由無菌或者消毒連接件固定到攪拌罐反應器系統(tǒng)上。
圖3A和3B示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的反應器系統(tǒng)的剖視圖。
圖4A示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的旋轉(zhuǎn)組件的剖視圖。
圖4B示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的旋轉(zhuǎn)組件的剖視圖。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的旋轉(zhuǎn)組件的剖視圖。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的旋轉(zhuǎn)組件的部分剖視圖。
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的旋轉(zhuǎn)組件的透視圖。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的旋轉(zhuǎn)組件的剖視圖。
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的旋轉(zhuǎn)組件的剖視圖。
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的葉輪的剖視圖。
圖11示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的葉輪的部分剖面圖。
圖12示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的驅(qū)動軸芯體的透視圖。
圖13示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的葉輪的剖視圖。
圖14A示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的葉輪的透視圖。
圖14B示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的葉輪的透視圖。
圖15示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的噴射器主體的剖視圖。
圖16示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的噴射器組件的剖視圖。
圖17示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的噴射器組件的剖視圖。
圖18示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的噴射器組件的剖視圖。
圖19示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的噴射器組件的剖視圖。
圖20示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的反應器系統(tǒng)的局部透視圖。
圖21示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的反應器系統(tǒng)的局部透視圖。
圖22示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的反應器系統(tǒng)的局部透視圖。
圖23示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的反應器系統(tǒng)的剖視圖。
圖24示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的反應器系統(tǒng)的透視圖。
圖25示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的反應器系統(tǒng)的透視圖。
圖26示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的探頭組件2600。
圖27A為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的探頭組件探頭端口分組件的視圖。
圖27B示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的探頭組件探頭套件分組件。
圖27C示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的探頭組件高壓滅菌分組件。
圖28A示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的探頭組件。
圖28B示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的探頭組件。
圖29提供了利用根據(jù)本發(fā)明一個實施例的反應器系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的曲線圖。
圖30提供了利用根據(jù)本發(fā)明一個實施例的反應器系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的曲線圖。
圖31提供了利用根據(jù)本發(fā)明一個實施例的反應器系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的曲線圖。
圖32提供了利用根據(jù)本發(fā)明一個實施例的反應器系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的曲線圖。
圖33提供了利用根據(jù)本發(fā)明一個實施例的反應器系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的曲線圖。
圖34提供了利用根據(jù)本發(fā)明一個實施例的反應器系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的曲線圖。
具體實施例方式
在一些實施例中，術(shù)語“柔軟袋子”可指保持流體培養(yǎng)基的容器。根據(jù)尺寸、強度和容積需求，該袋子可包括一層或多層柔軟或者半柔軟防水材料。袋子的內(nèi)表面可以是平滑的，并提供滅菌環(huán)境(例如用于培養(yǎng)細胞或者其他的有機體、用于食品生產(chǎn)等等)。該袋子可包括一個或者多個開口、小囊(例如用于插入一個或多個探頭、器械等等)、端口(例如用于一個或者多個探針、裝置等等的連接)等等。此外，該袋子可為在傳統(tǒng)攪拌罐生物反應器中的固體器皿提供一次性替換物。該柔軟袋子還包括軸、葉輪、軸承和密封圈或者O形圈，并可全都是一次性的。
在一些實施例中，術(shù)語″流體培養(yǎng)基″可指任何生物流體、細胞培養(yǎng)基、組織培養(yǎng)基、微生物培養(yǎng)物、植物代謝物培養(yǎng)物、食品、化學試劑、生物制藥等等。該流體培養(yǎng)基不局限于任何特別的一致性，而它的粘性可從高到中等再到低變化。當流體培養(yǎng)基是細胞培養(yǎng)基時，該系統(tǒng)例如以批次模式、半批次模式、補料模式(fed-batch mode)或者連續(xù)模式操作。
在一些實施例中，術(shù)語″葉輪″可指被用來攪動或者混合攪拌罐反應器系統(tǒng)(例如生物反應器)內(nèi)容物的裝置。該葉輪可通過攪拌或者其他的機械運動來攪動流體培養(yǎng)基。本發(fā)明的葉輪包括但是不局限于拉什頓(Rushton)、艦船、水翼艇、傾斜漿葉(pitched blade)式以及任何其他市場上買得到的葉輪。
在一些實施例中，本發(fā)明的″流體動力″環(huán)境是指這樣的環(huán)境，其中可受流體運動影響，并把力作用給在攪拌罐反應器系統(tǒng)內(nèi)這些流體中浸入的固體上。
本發(fā)明包括一次性使用生物反應器、攪拌罐反應器等等。這種反應器具有各種應用場合，例如通過批次細胞培養(yǎng)的治療蛋白質(zhì)的生產(chǎn)。相關(guān)地，這些系統(tǒng)可用于細胞生長以及CHO及其他細胞系的抗體產(chǎn)生。在該反應器內(nèi)的流體動力環(huán)境具有良好特征，同樣可按比例調(diào)節(jié)成為其他攪拌罐生物反應器。
一次性使用的生物過程容器可用于生物制藥培養(yǎng)基、緩和劑及其他產(chǎn)品的存儲器。使用這些存儲容器系統(tǒng)，可開發(fā)出用于培養(yǎng)基和緩和劑制備的幾個混合系統(tǒng)，往往達到10,000公升以上的工業(yè)規(guī)模。這種混合系統(tǒng)和生物反應器可使用用于混合反應器內(nèi)容物的各種裝置，例如脈動盤、葉片式拌合機、搖擺臺、葉輪等等。這些系統(tǒng)最適合用于化學加工中。該反應器的操作特性很好確定，并很容易預測以及按比例變化成各種尺寸。在生物制藥工業(yè)中，這種攪拌罐生物反應器可確定為用于制造來自包括動物細胞培養(yǎng)物的各種各樣生物系統(tǒng)生物產(chǎn)品的裝置。用于生物系統(tǒng)的方法可利用攪拌罐生物反應器以實驗室規(guī)模開發(fā)，并利用沿用已久的按比例增加方法學以10,000公升以上的工業(yè)規(guī)模轉(zhuǎn)換成攪拌罐生物反應器。對于攪拌罐生物反應器，例如葉尖速度、功率輸入、雷諾數(shù)和氧氣傳輸系數(shù)的設(shè)計參數(shù)很容易確定，并被用來按比例增加(scale-up)。
該系統(tǒng)的一次性使用部分可包括具有以下一次性使用集成部件的柔軟塑料容器軸承、軸和葉輪組件；噴射器組件；用于傳感器探頭滅菌配件的端口；以及用于液體和氣體進入和排出的各種端口。一次性使用生物反應器可利用醫(yī)學級薄膜制造。在一些情況中，一次性使用生物反應器的其他部件可由容易加工的材料制造，這些材料不一定是USP Class VI材料。該葉輪可以是通過柔軟外罩附著于軸承組件上的傾斜漿葉葉輪。該葉輪和外罩可與內(nèi)軸承組件一起旋轉(zhuǎn)，其中該內(nèi)軸承組件利用各種密封組件與外軸承組件隔離。外軸承組件可直接固定到該一次性使用容器上。噴射器可包括封接到一次性使用容器底部上的多孔薄膜。噴射氣體可在穿過預先固定的滅菌過濾器后通過端口引入到多孔薄膜和容器底部之間的空間。pH值和dO2傳感器可以或者可以不是該一次性使用容器的一部分，同時可利用Pall Kleenpack連接件連接到生物反應器上。工業(yè)標準12mm傳感器可被校準，然后該連接件的一半通過蒸汽滅菌。連接件的另一半可預先附著于容器上，使傳感器直接接觸而插入反應器內(nèi)容物中。用于頂隙氣體的端口和管道、熱井、培養(yǎng)基入口、滴定件、采樣件、收獲件和各種脈動進給件可預固定并與容器一起預先滅菌。
固定支撐器皿容納電機和驅(qū)動軸組件、加熱套以及用于進入和排出的開口以及探頭，并可保持一次性使用容器。驅(qū)動軸可貫穿柔軟外罩通過一次性使用軸承安裝，并鎖定到葉輪。此軸可利用充足功率的標準生物反應器混合器電機來驅(qū)動。例如通過電熱帶把熱量提供給生物反應器內(nèi)容物，其中該加熱帶與一次性使用容器側(cè)部直接接觸。固定支撐器皿可以是移動式的，并可以位于用于控制反應器容積的磅秤上。
該系統(tǒng)可利用具有在工業(yè)上承認的性能跟蹤記錄的標準傳感器和控制器操作。在一些實施例中，不需要用于在現(xiàn)場蒸汽滅菌或者清潔的控制系統(tǒng)，同時通常被用來實驗室規(guī)模生物反應器的控制器足以控制pH值、dO2濃度以及該一次性使用生物反應器的溫度。一次性使用生物反應器往往不需要在現(xiàn)場清潔或者滅菌。同樣地，也消除了控制系統(tǒng)成本和操作費用以及消除了對例如用于較大壓力器皿蒸汽滅菌的清潔蒸汽的公用設(shè)施。此外還消除了用于制造硬壁壓力器皿的費用，其中該硬壁壓力器皿用于應對在現(xiàn)場蒸發(fā)期間產(chǎn)生的應力。同樣地，用于現(xiàn)場清潔控制系統(tǒng)和公用設(shè)施的資本和操作費用也成為不必要的開支。由清潔度技術(shù)要求支配的傳統(tǒng)不銹鋼器皿的設(shè)計要點同樣不需要。
在一些實施例中，一次性使用生物反應器可以是在使用后丟棄的封閉系統(tǒng)。這樣就省去了清潔驗證分析的需要。在產(chǎn)物批次之間交叉污染的可能性也同時降低了。在一些實施例中，與隔離傳統(tǒng)生物反應器系統(tǒng)中需要的固定資產(chǎn)和設(shè)施的成本相比，在一次性使用生物反應器中需要同時容納多個產(chǎn)品的費用支出可降低。一次性使用生物反應器可利用醫(yī)學級薄膜制造，用于該薄膜的規(guī)范性文件是現(xiàn)成的。一次性使用生物反應器的其他產(chǎn)品連接部件可由USP Class VI材料制造。由這些材料制造的生物過程容器的當前用途包括生物反應器運送和采收以及最終產(chǎn)物大量中間物的運輸和存儲。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的攪拌罐一次性使用生物反應器可提供用于細胞生長的具有良好特性的流體動力環(huán)境?；旌咸卣骱苋菀子嬎悴⑥D(zhuǎn)換為較大的攪拌罐反應器。因此，既可在較大的一次性使用生物反應器中，也可在較大的傳統(tǒng)攪拌罐生物反應器中，在實驗室規(guī)?；蛘咧行鸵?guī)模開發(fā)的工藝可按比例直接擴大到商業(yè)規(guī)模。諸如每單位容積的功率輸入、葉尖速度、氧氣傳輸系數(shù)或者幾何相似性的按比例增加參數(shù)可維持在較大的比例。在一些實施例中，本發(fā)明提供一種具有這樣設(shè)計的攪拌罐反應器，其中該設(shè)計包括由貫穿一系列旋轉(zhuǎn)密封件隔離的驅(qū)動軸驅(qū)動的回轉(zhuǎn)葉輪。這種設(shè)計可提供把混合和質(zhì)量傳遞需要的能量傳遞到反應器內(nèi)容物的有用和有效裝置。
本發(fā)明還可包括工業(yè)標準傳感器和控制器技術(shù)或者與之匹配。在該工業(yè)中開發(fā)的標準是，對穿過與該反應器內(nèi)容物直接接觸的DN25(Inglold型)端口插入12mm直徑的pH值和dO2傳感器的使用。例如一次性使用生物反應器的系統(tǒng)可包含與反應器內(nèi)容物直接接觸的相同的12mm直徑的pH值和dO2傳感器。在生物反應器操作期間，用于這些傳感器的校準和標準化程序很容易執(zhí)行。另外，從這些傳感器中的輸出可與工業(yè)上使用的電流控制器匹配。利用PID控制器來維持pH值、dO2濃度和溫度也可用于這種生物反應器。作為具有標準傳感器的攪拌罐生物反應器，這些控制策略可直接轉(zhuǎn)移到一次性使用生物反應器上。由于該一次性使用生物反應器可以是獨立單元，因此它可利用任何類型的控制器控制，其中該控制器借助于給定設(shè)備是優(yōu)選的。
A.攪拌罐反應器系統(tǒng)在一些實施例中，本發(fā)明的攪拌罐反應器系統(tǒng)提供用于各種目的的柔軟一次性袋子，其中各種目的包括培養(yǎng)細胞、微生物或者植物代謝物以及加工食品、化學試劑、生物制藥和生物制品。該一次性袋子可包括例如軸、葉輪和軸承的一次性元件，并設(shè)計成能嵌入到例如反應器殼體的固定殼體內(nèi)。該袋子可還包括一個或多個開口、小囊、端口等等。該攪拌罐反應器系統(tǒng)允許用戶輕松并幾乎不用培訓就能操作細胞培養(yǎng)或者生產(chǎn)。特別是，該一次性系統(tǒng)不需要清潔或者滅菌。此外，該系統(tǒng)在生產(chǎn)過程之間不需要連續(xù)的驗證。因此，它把幾乎沒有交叉污染的柔軟、易于使用、純粹的攪拌罐反應器環(huán)境結(jié)合起來。
參見附圖，圖1示出了具有至少一個開口的柔軟袋子104和具有可聯(lián)接的葉輪113的攪動軸112。如圖所示，該攪動軸112和聯(lián)接的葉輪113位于袋子104內(nèi)部。此外，該攪動軸112連接到軸承105上，其中該軸承105可通過熱焊和/或通過密封件或O形圈6封接到袋子上。該袋子104、攪動軸112、葉輪113和包括密封件或者O形圈106的軸承105可選擇地是一次性的。該一次性袋子可以是柔軟的塑料袋子。該袋子104可通過至少一個密封件或者O形圈106固定到攪動軸112和軸承105上，從而使該袋子內(nèi)保持無菌。如圖1所示，該密封件或者O形圈可進一步固定到該袋子上。此外，該一次性攪拌罐反應器系統(tǒng)可連接到容納軸承105和電機101的支撐件或者一個或者多個支架103上。在一個實施例中(如圖1所示)，支撐件103為電機和軸承座103，其中該攪動軸112的上端進一步連接到電機聯(lián)軸節(jié)102上。該電機聯(lián)軸節(jié)102連接到電機101上，而該電機驅(qū)動引起袋子14內(nèi)部流體動力環(huán)境的攪動軸12和葉輪113的攪拌運動。該袋子14設(shè)計成能嵌入到例如桶或者腔的殼體111內(nèi)。該殼體111可以是金屬桶、塑料桶、木桶、玻璃桶或者由固體材料制成的任何其他桶或者腔。在本發(fā)明的一個實施例中，殼體還包括多個擋板，其中袋子圍繞該擋板折疊。在另一個實施例中，該袋子104還包括頂部端口(單一或者多個)108、底部端口(單一或者多個)109、以及側(cè)部端口(單一或者多個)110，其中柔性管107可與這些端口中一個或多個連通。
該攪拌罐反應器系統(tǒng)可選擇性地包括例如加熱板、蒸汽加熱套或者循環(huán)流體或者水加熱器等加熱器。在一個實施例中，該加熱器位于袋子104和殼體111之間。在另一個實施例中，加熱器容納在殼體111內(nèi)(例如容納在反應器殼體和袋子之間的雙壁內(nèi))。在又一個實施例中，該攪拌罐反應器系統(tǒng)位于培育器內(nèi)。該加熱器能進行特殊培養(yǎng)或者生產(chǎn)的加熱或者取暖。這對于常常在37℃下生長的細胞培養(yǎng)物來說特別重要。
在本發(fā)明的一個實施例中，袋子104、軸承105、密封件或者O形圈106、管107、頂部端口108、底部端口109、側(cè)部端口110、軸112和葉輪113是一次性的。電機101、電機聯(lián)軸節(jié)102、支架或電機和軸承座103以及殼體111是固定的。
B.裝置和端口攪拌罐反應器可還包括傳感器及其他裝置。在一個實施例中，該袋子包括pH值傳感器和溶解氧傳感器，其中傳感器結(jié)合到袋子內(nèi)。這樣，傳感器可與柔軟袋子一起是一次性的。在另一個實施例中，傳感器可連接到袋子上，并且是獨立的單元。這種傳感器在滅菌后可選擇地再利用。在另一個實施例中，該系統(tǒng)包括其中液流經(jīng)過pH值傳感器和溶解氧傳感器的產(chǎn)物回路，其中這些傳感器結(jié)合到反應器殼體內(nèi)。該系統(tǒng)是柔性的，并提供供應各種備選設(shè)備(例如傳感器、探頭、裝置、小囊、端口等等)的可選擇方法。該系統(tǒng)還可包括封接到袋子上的一個或者多個內(nèi)部小囊。在一個優(yōu)選實施例中，該小囊具有至少向袋子外部敞開的一端，以把探頭插入到反應器(也就是袋子)內(nèi)，同時保持在該袋子外部上。該探頭例如可以是測溫探頭、pH值探頭、溶解氣體傳感器、氧氣傳感器、二氧化碳傳感器、細胞團塊傳感器、培養(yǎng)基傳感器、滲透壓力計或者任何其他能測試或者檢驗培養(yǎng)或者生產(chǎn)的探頭。在另一個優(yōu)選實施例中，該系統(tǒng)在袋子中包括至少一個端口，用于把裝置連接到端口上。這種裝置包括但是不局限于管、過濾器、連接件、探頭和采樣器。把各種端口結(jié)合到袋子內(nèi)可使氣體流入到該袋子內(nèi)以及從該袋子流出，同時使液體流入到袋子和從該袋子流出。這種端口還可以對在袋子內(nèi)培養(yǎng)基或者培養(yǎng)物進行采樣或者測試。通過利用任何理想的管道連接技術(shù)，管道、過濾器、連接件、探頭采樣器或者其他裝置可連接到端口上。密封或者附著到柔軟袋子上的小囊和端口可與該袋子一起是一次性的。該袋子還可包括封接到袋子上可與該袋子一起是一次性的噴射器(即反應器中把空氣噴射到培養(yǎng)基內(nèi)的元件)。
具體地說，端口可結(jié)合到柔軟袋子的任何位置上，以適應下面情況頂隙氣體進入頂隙氣體排出噴射氣體進入測溫探頭pH探頭溶解氧探頭其他想要的探頭采樣機構(gòu)培養(yǎng)基進入滴定劑進入培菌體進入培養(yǎng)基供應向外采收每個端口可具有固定到端口上的柔性管，培養(yǎng)基袋子、采樣裝置、過濾器、氣體管路或者采收泵可通過無菌或者消毒連接件固定到該端口上。在一個實施例中，在袋子制造期間，該端口封接到柔軟袋子上，并與該袋子組件一起滅菌。
可用來與柔性管形成消毒連接的裝置如下WAVE無菌管熔凝器TERUMO無菌管道焊接機PALL KLEENPAK連接件利用無菌技術(shù)在層流凈化罩下進行的連接利用金屬管道和感應加熱器進行的BAXTER Hayward專用的″熱對熱″連接在另一個實施例中，固定到適當不銹鋼閥門組件上的柔性管可單獨滅菌(例如通過高壓滅菌器)，然后用作把一次性生物反應器連接到傳統(tǒng)反應器或者加工管線上的路徑。閥門組件用于把傳統(tǒng)的現(xiàn)場蒸發(fā)(SIP)連接到傳統(tǒng)反應器或者其他的過程中，而柔性管用于與在一次性反應器上的端口形成無菌或者消毒連接。
參見附圖，圖2示出了一種探頭連接，其中該連接可用在本發(fā)明一個實施例的攪拌罐反應器系統(tǒng)中。如圖2所示，探頭201可連接到延伸到PALL連接件203一半處的柔軟套筒202或者袋子上。該PALL連接件203可連接到PALL連接件205的另一半，以在探頭和攪拌罐反應器系統(tǒng)之間提供無菌連接。該PALL連接件203、205包括罩204和過濾器207，以保持連接部位無菌。無菌套管206從PALL連接件205的另一半延伸到攪拌罐反應器系統(tǒng)的反應器器皿209的反應器端口208。為了固定探頭，該PALL連接通過去掉罩204、與連接件203、205配合、除去過濾器207以及把連接件的活動部分滑動到位而實現(xiàn)。隨著柔軟套筒或者袋子聚集或者壓縮210，探頭傳感器尖端212然后被推到反應器內(nèi)。探頭傳感尖端212接著與反應器器皿209內(nèi)部直接接觸。夾子211圍繞探頭和套管放置，以把反應器內(nèi)容物與PALL連接組件隔離密封。因此，當在PALL連接件203、205兩個半份之間形成無菌連接時，柔軟套筒202或者袋子被壓縮210，同時探頭與培養(yǎng)物或者生產(chǎn)培養(yǎng)基接觸。
在一個實施例中，探頭可單獨地滅菌(例如通過高壓滅菌器)，然后通過無菌或者消毒連接固定于反應器上。例如，通過把探頭201插入到PALL KLEENPAK連接件203的一半內(nèi)，并利用如上所述以及圖2所示的柔軟套筒或者袋子202把該探頭封接到連接件上，形成探頭組件。該套筒從探頭外端延伸到達PALL連接件的倒鉤部。此組件單獨地滅菌。PALL連接件205的另一半通過將容納探頭的柔性管206連接到反應器209的端口208上。此組件作為反應器的一部分滅菌。在第6,655,655號美國專利中詳細描述了該PALL連接件，該專利的內(nèi)容在這里全部引入以參照。
圖3A和3B示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的反應器系統(tǒng)300的橫截面圖。反應器系統(tǒng)300可包括與容器302聯(lián)接的旋轉(zhuǎn)組件301。選擇性地，反應器系統(tǒng)300可包括葉輪340。在一些實施例中，旋轉(zhuǎn)組件301與容器302中的開口或者孔密封配合。同樣地，旋轉(zhuǎn)組件301可包括與容器302中的開口或者孔聯(lián)接的殼體360。一般地，葉輪340位于容器302內(nèi)部。旋轉(zhuǎn)組件301可通過支架308支撐或者保持。
在一些實施例中，旋轉(zhuǎn)組件301可包括與葉輪340聯(lián)接的輪轂320，而該輪轂320可通過連接件390與葉輪340聯(lián)接。選擇性地，輪轂320可與葉輪340直接聯(lián)接。在一些實施例中，輪轂320在形狀上為管狀，并包括限定通過其中縱向延伸通路320a的內(nèi)表面。在一個實施例中，環(huán)形倒鉤321徑向地環(huán)繞輪轂320外表面并從其中向外伸出。倒鉤321可用于與連接件390形成密封連接。
連接件390可以在形狀上為管狀，并可包括一個內(nèi)表面，該內(nèi)表面限定了穿過其中縱向延伸的通路390a。在一些實施例中，連接件390包括柔性管，而該柔性管具有與輪轂320密封嚙合而連接的第一端和與葉輪340密封嚙合而連接的相對的第二端。輪轂320，或者單獨或者與連接件390一起，能夠提供密封通道，其中驅(qū)動軸304可被接納并可拆卸地與葉輪340聯(lián)接。因此，驅(qū)動軸304由于不直接地接觸容器302的內(nèi)容物而可在滅菌情況下重復使用。此外，通過把柔性管作為連接件390使用，例如袋子組件的柔軟容器302很容易卷起或者折疊，以方便運輸、存儲或者加工。
旋轉(zhuǎn)組件301往往包括位于輪轂320和殼體360之間的軸承組件370。軸承組件370可包括軸頸軸承，其中該軸頸軸承可與殼體360是固定關(guān)系，而輪轂320可相對于軸頸軸承和殼體360旋轉(zhuǎn)。輪轂320可包括用于接納扣環(huán)或者卡環(huán)的引導件324，該引導件324可輔助把輪轂320相對于軸頸軸承保持在適當?shù)奈恢谩?br> 旋轉(zhuǎn)組件301也可包括密封裝置380，該密封裝置380可位于輪轂320和殼體360之間。密封裝置380例如可包括抗磨板382和一個或多個密封件384，其中該密封件384例如可以是動密封件?？鼓グ?82可環(huán)繞輪轂322并與之聯(lián)接。密封件384可位于抗磨板382和殼體360之間。旋轉(zhuǎn)組件301也可包括位于抗磨板382和輪轂322之間的一個或多個密封件392，其中密封件392例如可以是靜密封件。在一些實施例中，密封件384包括一個或多個V形環(huán)，而密封件392包括一個或多個O形環(huán)。在圖3A所示的實施例中，密封件384包括兩個V形環(huán)，而密封件包括一個O形環(huán)。環(huán)形凸緣322也可從輪轂320外表面上徑向向外伸出，并抵靠密封件392設(shè)置。
在使用中，輪轂320的結(jié)構(gòu)設(shè)計成可接納或者容納與電機(未示出)可選擇聯(lián)接的驅(qū)動軸304。在一些實施例中，輪轂320的結(jié)構(gòu)設(shè)計成這樣，即通過形成在輪轂320上的一個或者多個輪轂切口322與位于驅(qū)動軸304上端的一個或多個突耳306聯(lián)接。葉輪340可包括花鍵342，而該花鍵342的結(jié)構(gòu)設(shè)計成與驅(qū)動軸304下端聯(lián)接。驅(qū)動軸304可位于輪轂322內(nèi)，并與輪轂322和葉輪340聯(lián)接。例如，驅(qū)動軸304可貫穿通路320a延伸。同樣地，驅(qū)動軸304可貫穿通路390a延伸。驅(qū)動軸304可通過電機旋轉(zhuǎn)，從而使輪轂320、連接件390和葉輪340旋轉(zhuǎn)。隨后，葉輪340對容器302的內(nèi)容物進行攪動。隨著輪轂320通過驅(qū)動軸304旋轉(zhuǎn)，當抗磨板382和輪轂320兩者相對于殼體360旋轉(zhuǎn)一致時，密封件392就在抗磨板382和輪轂320之間提供了密封。當殼體360保持靜止時，密封件384在抗磨板382和殼體360之間提供了密封，而其中抗磨板382相對于殼體360旋轉(zhuǎn)。在一些實施例中，密封件384在抗磨板382和殼體360之間提供真空密封。如在這里所示的那樣，密封件384可彼此共面布置。
在一些實施例中，輪轂320與驅(qū)動軸304可拆卸地嚙合，從而驅(qū)動軸304的環(huán)形旋轉(zhuǎn)促進輪轂320的環(huán)形旋轉(zhuǎn)。盡管在圖3A中示出的實施例示出了與輪轂切口322聯(lián)接的驅(qū)動軸突耳306，然而本發(fā)明也可采用用于實現(xiàn)此功能的各種聯(lián)接裝置。在此外可選擇的實施例中，當驅(qū)動軸304與輪轂320聯(lián)接時，夾子、銷子、套爪、嚙合齒或者其他緊固件可用于把驅(qū)動軸304可拆卸地固定到輪轂320上。同樣地，本發(fā)明設(shè)想到任何各種聯(lián)接裝置，用于把驅(qū)動軸304與葉輪340可拆卸聯(lián)接，這些聯(lián)接裝置包括如上所述的聯(lián)接裝置，從而驅(qū)動軸304的旋轉(zhuǎn)促進葉輪340旋轉(zhuǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，反應器系統(tǒng)300可通過把容器302與旋轉(zhuǎn)組件301聯(lián)接而制造，從而容器302和旋轉(zhuǎn)組件301彼此密封配合。例如，旋轉(zhuǎn)組件301可與容器302的開口聯(lián)接。旋轉(zhuǎn)組件301可制造成包括輪轂320，而該輪轂320可與葉輪340聯(lián)接，從而葉輪340位于容器302內(nèi)部。此外，反應器系統(tǒng)例如可通過伽馬輻射滅菌。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，反應器系統(tǒng)300可通過把旋轉(zhuǎn)組件301的殼體360聯(lián)接到框支架308上并把容器302至少部分地放置在框架或者容器殼體(未示出)內(nèi)。驅(qū)動軸304可插入到輪轂320內(nèi)，而驅(qū)動軸304的遠端可與葉輪340聯(lián)接。此外，例如細胞和培養(yǎng)基的反應成分可通過端口310被引入容器302。
容器302可包括任何各種材料。在一些實施例中，容器302包括不透水材料的柔軟袋子，這些材料例如為低密度聚乙烯，或者厚度在大約0.1mm到大約5mm之間范圍或者在大約0.2mm到大約2mm之間范圍的聚合物片。也可使用其他厚度。該材料由單層材料構(gòu)成，或者可包括兩層或更多層，其中這些層可封接在一起，或者分離以形成雙層容器。在這些層封接在一起的情況中，該材料可包括層壓或者擠壓材料。該層壓材料包括兩個或更多單獨形成的層，這些層隨后通過粘合劑而固定一起。擠壓材料可包括單個整體的片，該片具有不同材料兩層或者更多層，其中這些材料層通過接合層分開。所有這些層可同時地共擠壓?？捎糜诒景l(fā)明的擠壓材料的一個例子是，可從猶他州洛根的HyClone實驗室股份有限公司購得的HyQ CX3-9薄膜。該HyQ CX3-9薄膜是用cGMP設(shè)備生產(chǎn)的三層9mil流延薄膜。外層是與超低密度聚乙烯產(chǎn)物接合層一起共擠壓的聚酯彈性體?？捎糜诒景l(fā)明的擠壓材料的另一個例子是，也可從cGMP實驗室股份有限公司購得的HyQ CX5-14流延薄膜。該HyQ CX5-14流延薄膜包括聚酯彈性體外層、超低密度聚乙烯接合層和位于它們之間的乙烯-乙烯醇共聚物阻擋層。在另一個例子中，可使用由吹塑薄膜的三個獨立網(wǎng)形成的多網(wǎng)薄膜。兩個內(nèi)網(wǎng)每個均為4mil單層聚乙烯薄膜(被HyClone稱為BM1薄膜)，而外阻擋網(wǎng)為5.5mil厚6-層共擠壓薄膜(被HyClone稱為HyQ BX6薄膜)。
圖4A示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的旋轉(zhuǎn)組件401的剖視圖。圖4B示出了與連接件490和葉輪440聯(lián)接的圖4A所示旋轉(zhuǎn)組件401的橫截面視圖。旋轉(zhuǎn)組件401可包括位于輪轂420和殼體460之間的軸承組件470。如在這里所示的那樣，軸承組件470包括兩個軌道軸承，這兩個軸承與殼體460形成固定關(guān)系。輪轂420可相對于該軌道軸承旋轉(zhuǎn)。輪轂420可包括用于接收扣環(huán)或者卡環(huán)的引導件424、424a，該引導件可輔助地把輪轂420相對于軌道軸承保持在適當?shù)奈恢谩?br> 旋轉(zhuǎn)組件401還可包括位于輪轂420和殼體460之間的密封裝置480。密封裝置480可包括例如抗磨板482、一個或多個密封件484和轉(zhuǎn)盤450。轉(zhuǎn)盤450可環(huán)繞輪轂420并與之聯(lián)接。密封件484位于轉(zhuǎn)盤450和抗磨板482之間?？鼓グ?82可通過貫穿殼體柱428插入的螺釘或者螺栓而與殼體460聯(lián)接。旋轉(zhuǎn)組件401還可包括位于轉(zhuǎn)盤450和輪轂422之間的一個或多個密封件492。在一些實施例中，密封件484包括一個或多個V形環(huán)，而密封件492包括一個或多個O形環(huán)。在圖4A和4B所示的實施例中，密封件484包括三個V形環(huán)，而密封件492包括一個O形環(huán)。旋轉(zhuǎn)組件401還可包括一個或多個密封件426，以在輪轂420和殼體460頂部之間提供密封，同時還可包括一個或多個密封件462，以在殼體460和抗磨板482之間提供密封。如在這里所示的那樣，密封件426包括一個V形環(huán)，同時密封件462包括一個O形環(huán)。
在使用中，輪轂420的結(jié)構(gòu)設(shè)計成接納或者容納驅(qū)動軸(未示出)。在一些實施例中，輪轂420的結(jié)構(gòu)設(shè)計成通過輪轂切口422與驅(qū)動軸的突耳聯(lián)接。隨著輪轂420通過驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)，當轉(zhuǎn)盤450和輪轂420相對于殼體460一致旋轉(zhuǎn)時，密封件492在它們之間形成密封。當殼體460保持靜止時，密封件484在轉(zhuǎn)盤450和抗磨板482之間提供密封，其中轉(zhuǎn)盤450相對于抗磨板482和殼體460旋轉(zhuǎn)。在一些實施例中，密封件484在轉(zhuǎn)盤450和抗磨板482之間提供真空密封。如在這里所示的那樣，密封件484可彼此共面布置。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的旋轉(zhuǎn)組件501的剖視圖。旋轉(zhuǎn)組件501可包括位于輪轂520和內(nèi)殼體560之間的軸承組件570。如在這里所示的那樣，軸承組件570包括兩個軌道軸承，其中這兩個軌道軸承與內(nèi)殼體560成固定關(guān)系。輪轂520可相對于該軌道軸承旋轉(zhuǎn)。輪轂520可包括用于接納扣環(huán)或者卡環(huán)的引導件524、524a，其中扣環(huán)或者卡環(huán)可輔助把輪轂520相對于軌道軸承保持在適當?shù)奈恢谩?br> 旋轉(zhuǎn)組件501還可包括密封裝置580。密封裝置580例如可包括底板583和一個或多個密封件584。密封件584可位于輪轂520和內(nèi)殼體560之間。頂板587可通過貫穿殼體柱528插入的螺釘或者螺栓與內(nèi)殼體560聯(lián)接。旋轉(zhuǎn)組件501還可包括位于頂板587和殼體體561之間的一個或多個密封件591。在一些實施例中，密封件584包括一個或多個V形環(huán)，同時密封件591包括一個或多個O形環(huán)。在圖5所示的實施例中，密封件584包括三個V形環(huán)，而密封件591包括一個O形環(huán)。旋轉(zhuǎn)組件501還可包括一個或多個密封件526，以在輪轂520和頂板587之間提供密封。如在這里所示那樣，密封件526包括一個V形環(huán)。
在使用中，輪轂520的結(jié)構(gòu)設(shè)計成接納或者容納驅(qū)動軸(未示出)并與之聯(lián)接。當輪轂520通過驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)并相對于內(nèi)殼體560旋轉(zhuǎn)時，密封件在輪轂520和內(nèi)殼體560之間提供密封。在一些實施例中，密封件584在輪轂520和內(nèi)殼體560之間提供了真空密封。如在這里所示的那樣，密封件584可彼此共面布置。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的旋轉(zhuǎn)組件601的部分剖視圖。旋轉(zhuǎn)組件601可包括位于輪轂620和內(nèi)殼體660之間的軸承組件670。如在這里所示的那樣，該軸承組件670的下軌道軸承與內(nèi)殼體660是固定關(guān)系。輪轂620可相對于該軌道軸承旋轉(zhuǎn)。輪轂620可包括用于接納扣環(huán)或者卡環(huán)的引導件624a，其中扣環(huán)或者卡環(huán)可輔助把輪轂620相對于軌道軸承保持在適當?shù)奈恢谩?br> 旋轉(zhuǎn)組件601還可包括密封裝置680。密封裝置680可包括例如一個或多個密封件684。密封件684可位于輪轂620和內(nèi)殼體660之間。在一些實施例中，密封件684包括一個或多個V形環(huán)。在圖6所示的實施例中，密封件684包括三個V形環(huán)。
在使用中，輪轂620的結(jié)構(gòu)設(shè)計成接納或者容納驅(qū)動軸(未示出)并與之聯(lián)接。當輪轂620通過驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)并相對于內(nèi)殼體660旋轉(zhuǎn)時，密封件684在輪轂620和內(nèi)殼體660之間提供密封。在一些實施例中，密封件684在輪轂620和內(nèi)殼體660之間提供了真空密封。如在這里所示的那樣，密封件684可彼此在一個分層的平面布置。
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的旋轉(zhuǎn)組件701的透視圖。旋轉(zhuǎn)組件701可包括具有一個或多個輪轂切口722的輪轂720。在使用中，輪轂720的結(jié)構(gòu)設(shè)計成接納或者容納驅(qū)動軸704并與之聯(lián)接。輪轂切口722的設(shè)計成與一個或多個驅(qū)動軸突耳706聯(lián)接。頂板787可通過貫穿殼體柱頂板孔787a插入的螺釘或者螺栓與內(nèi)殼體760聯(lián)接。當輪轂720通過驅(qū)動軸704旋轉(zhuǎn)時，輪轂720相對于頂板787和殼體760旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)組件701還可包括一個或多個密封件726，以在輪轂720和頂板787之間提供密封。如在這里所示那樣，密封件726包括一個V形環(huán)。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的旋轉(zhuǎn)組件801的剖視圖。旋轉(zhuǎn)組件801可包括具有一個或多個輪轂切口822的輪轂820。如在這里所示的那樣，軸承組件870與殼體823是固定關(guān)系。在使用中，輪轂820的結(jié)構(gòu)設(shè)計成接納或者容納驅(qū)動軸804并與之聯(lián)接。輪轂切口822的結(jié)構(gòu)設(shè)計成與一個或多個驅(qū)動軸突耳806聯(lián)接，其中這些驅(qū)動軸突耳806位于驅(qū)動軸桿806a的相對兩端。當輪轂820通過驅(qū)動軸804旋轉(zhuǎn)時，輪轂820相對于殼體823、軸承組件870和殼體860旋轉(zhuǎn)。
旋轉(zhuǎn)組件801還包括位于輪轂820和殼體823之間的密封裝置880。密封裝置880例如可包括一個或多個外密封件884和一個或多個內(nèi)密封件886。密封件884可位于輪轂套820a外表面和殼體823之間，而密封件886可位于輪轂套823內(nèi)表面和殼體823之間。殼體823可與殼體860固定。在一些實施例中，密封件884包括一個或多個V形環(huán)，而密封件886包括一個或多個油密封件。在圖8所示的實施例中，密封件884包括一個V形環(huán)，而密封件886包括一個油密封件。輪轂820可與柔性管890聯(lián)接。
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的旋轉(zhuǎn)組件901的剖視圖。旋轉(zhuǎn)組件901可包括可與驅(qū)動軸904可釋放聯(lián)接的輪轂920。如在這里所示的那樣，軸承組件970的兩個軸承與殼體923是固定關(guān)系。在使用中，輪轂920的結(jié)構(gòu)設(shè)計成接納或者容納驅(qū)動軸904并與之聯(lián)接。當輪轂920通過驅(qū)動軸904旋轉(zhuǎn)時，輪轂920相對于殼體923、軸承組件970和殼體960旋轉(zhuǎn)。
旋轉(zhuǎn)組件901還可包括位于輪轂920和內(nèi)殼體923a之間的密封裝置980。密封裝置980例如可包括一個或多個外密封件984和一個或多個內(nèi)密封件986。密封件984可位于輪轂920和密封件986之間，而密封件986可位于密封件984和內(nèi)殼體923a之間。殼體923可與殼體960固定并通過一個或多個密封件962與殼體960成密封關(guān)系。在一些實施例中，密封件984包括一個或多個V形環(huán)，密封件986包括一個或多個油密封件，同時密封件962包括一個或多個O形環(huán)。在圖9所示的實施例中，密封件984包括兩個V形環(huán)，密封件986包括兩個油密封件，而密封件962包括兩個O形環(huán)。輪轂920可與柔性管990聯(lián)接。
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的葉輪1040的剖視圖。葉輪1040可聯(lián)接連接件1090，而該連接件1090可與輪轂(未示出)聯(lián)接。葉輪1040可包括與驅(qū)動軸1004的花鍵1005聯(lián)接的葉輪花鍵1042。
圖11示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的葉輪1140的部分剖面圖。葉輪1104可包括葉輪倒鉤安裝件1141，其中該安裝件1141可通過連接件1190與旋轉(zhuǎn)組件輪轂(未示出)聯(lián)接。驅(qū)動軸1104可通過其放置在葉輪孔1142內(nèi)而固定到葉輪1140上。當驅(qū)動軸1104插入到葉輪孔1142內(nèi)時，端蓋1107可到達葉輪基座1143的遠端。如在這里所示的那樣，驅(qū)動軸1104是空心的，并適于接納芯體1108。驅(qū)動軸1104聯(lián)接端蓋1107。芯體1108包括可操作地與球1103結(jié)合的球凹坑1102。在第一球結(jié)構(gòu)1103a中，球1103位于球凹坑1102內(nèi)。隨著芯體1108沿著空心驅(qū)動軸1104朝葉輪孔1142遠端向前推進，彈簧1109被壓縮，而球1103移動到驅(qū)動軸開口1104a內(nèi)的開口1104a和葉輪基座開口1143a內(nèi)，從而采用第二球結(jié)構(gòu)1103b。芯體1108的遠端可使端蓋1107與驅(qū)動軸1104隔開。在一些實施例中，芯體1108與端蓋1107螺紋嚙合，而端蓋1107可阻止彈簧1109把芯體1108從空心驅(qū)動軸1104中向后推出。
圖12示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的驅(qū)動軸芯體1208的透視圖。驅(qū)動軸芯體1208包括球凹坑1202、端蓋1207、彈簧1209和球1203。如在這里所示的那樣，球1203可采用第一球結(jié)構(gòu)1203a和第二球結(jié)構(gòu)1203b。
圖13示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的葉輪1340的剖視圖。葉輪1340可包括用于與驅(qū)動軸1304的正方形花鍵1305聯(lián)接的正方形花鍵1342。葉輪1340可通過連接件1390與輪轂(未示出)聯(lián)接。為了清楚起見，在此圖中沒有示出葉輪葉片。
圖14A示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的葉輪1440a的透視圖。葉輪1440a可包括與葉輪主體1446a聯(lián)接的一個或多個葉輪葉片1445a。在一些實施例中，葉輪葉片1445a可與葉輪主體1446a分開加工。葉輪葉片1445a可以由各種材料制成，這些材料包括迭爾林(Delrin)、高密度聚乙烯(HDPE)等等。葉輪葉片1446a可以由各種材料制成，這些材料包括高密度聚乙烯等等。
圖14B示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的葉輪1440b的透視圖。葉輪1440b可包括一個或多個葉輪葉片1445b和葉輪主體1446b。在一些實施例中，葉輪1440b可作為單一部件模制。而葉輪1440b可由各種材料制成，這些材料包括中低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、Dow Engage聚烯烴彈性體等等。
圖15示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的噴射器主體1500的剖視圖。噴射器主體1500可包括滲透性材料片。在一些實施例中，噴射器主體1500包括可透過蒸氣以及抗水材料。在有關(guān)實施例中，噴射器主體1500包括高密度聚乙烯纖維。例如，噴射器主體1500可包括Tyvek材料。噴射器主體1500可通過噴射器管道1510與容器(未示出)端口流體連通。如圖15所示，噴射器主體1500可以是環(huán)形或者圈形。相關(guān)地，噴射器主體1500可包括用于錨定到容器(未示出)內(nèi)表面的基座1502。該基座材料可包括或者可不包括透氣性材料。在其他實施例中，一片或多片透氣性材料可與容器內(nèi)部直接封接，借此該噴射器主體1500內(nèi)部在一側(cè)(例如主體的頂側(cè))和在另一側(cè)(例如主體的底側(cè))的容器對應部分包括透氣性材料。
在一些實施例中，噴射器主體的滲透性設(shè)計成當不使用時流體被阻止流入噴射器。同樣地，該噴射器可制造成當它經(jīng)受足夠高氣壓時只允許氣體穿過該滲透性材料。噴射器主體往往包括軟的、柔性材料。在一些實施例中，噴射器主體1500可直接焊接到容器上，從而確保適當放置和對準。當與例如柔軟袋子的軟容器聯(lián)接時，噴射器主體1500可有效地與柔軟袋子折疊，用于存儲和運輸，同時與柔軟袋子同時滅菌以及丟棄，從而不用隨后清潔。噴射器主體1500可提供小氣泡，這樣可促進氣體擴散到流體內(nèi)。可以理解的是，其他類型噴射器可與本系統(tǒng)一起使用。
各種材料或者組件可用于把氣體輸送到生長室內(nèi)。例如這些材料包括由Teflon(聚四氟乙烯)、聚砜、聚丙烯、硅酮、Kynar(聚偏二氟乙烯)等等制成的管狀形式的多孔材料。在一些實施例中，用于把氣體輸送到生長室內(nèi)。正如所指出的那樣，噴射器主體1500可包括Tyvek材料，該材料可用于生物反應器內(nèi)，用于使活性氣體散布。同樣地，該材料可用于利用不活潑氣體輸送的生長室中。Tyvek薄膜的滲透性可利用Gurley Hill Porosity的定量性能來進行測量。在一些實施例中，這種材料范圍值在大約6到大約30(sec/100cc IN2)之間。根據(jù)Bendtsen Air Permeability透氣性方法測定的滲透率范圍往往在大約400到大約2000(ml/min)之間。
在一些實施例中，滲透性材料具有較高的滲透性，同時維持疏水性、強度、可焊性、生物適合性和伽瑪穩(wěn)定性。經(jīng)常期望的是，在生物工藝容器(BPCs)制造中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)具有這樣的柔性材料，其中該材料容易地焊接到在薄膜或者端口結(jié)構(gòu)中使用的普通材料中。例如，軟紙狀薄膜的柔軟特性可使其在生物反應器制造、包裝、負載和使用期間折疊。還希望的是，使噴射材料的表面積和形狀能根據(jù)焊接或者切割圖案進行修改或者改變。選擇性地，替代把噴射器主體沉浸到容器內(nèi)容物中，可使用滲透性外皮對生物反應器的液體內(nèi)容物封裝，從而提供了較寬的散布面積。
把噴射器主體焊接到端口或者容器表面上可提供高位的表面積，同時提供低分布(low-profile)的噴射。在一些實施例中，這可降低在葉輪附近的紊流和/或降低細胞積聚在裂縫、接縫或者縫隙的可能性。經(jīng)常地，傳統(tǒng)的噴射結(jié)構(gòu)依賴于對噴射環(huán)的利用，其中該噴射環(huán)具有位于葉輪下面的較小的孔眼。噴射器還可包括對特別小孔徑的利用。這種多孔材料作為燒結(jié)金屬或者陶瓷金屬中經(jīng)常見到。利用例如Tyvek的一次性材料在避免或者減少與一些傳統(tǒng)噴射器涉及的污染以及清潔上是有幫助的，而其中在傳統(tǒng)噴射器中清潔有時包括清潔這種單元的許多洞、孔和縫隙。例如，在一些噴射器中較小空隙區(qū)可形成細胞碎片容納和積聚的區(qū)域，而這些容納和積聚導致污染情況增加。在一些情況中，這會在隨后的細胞流動中繼續(xù)。
噴射單元在細胞培養(yǎng)中的一個目的是輔助氧氣(kLa)質(zhì)量傳遞，而這對于生長中細胞呼吸來說往往是必需的。用于一次使用生物反應器的噴射方法的優(yōu)點是，例如Tyvek的氣體滲透膜的迂回孔結(jié)構(gòu)可對氧氣質(zhì)量傳遞產(chǎn)生有益影響，而其中的氧氣來自穿過噴射器引入的大量氣體。在一些實施例中，由于較小氣泡對質(zhì)量傳遞有益，因此理想的是把較小氣泡引入到生物反應器內(nèi)。穿過滲透膜的質(zhì)量傳遞可獨立于由于氣泡導致的質(zhì)量傳遞而發(fā)生。相關(guān)地，在液柱內(nèi)較長的氣體滯留時間以及高表面和容積之比經(jīng)常具有理想的效果。人們通常認為，氣泡大小由表面張力效應控制，內(nèi)在地與鹽、蛋白質(zhì)、糖和培養(yǎng)基的微觀和宏觀成分相關(guān)。用實驗方法計算的kLa值、目視觀察以及來自生物反應器運行的數(shù)據(jù)往往表明氣泡大小以及改善的質(zhì)量傳遞(可能的話)是本噴射方法的特性。液體的成分和流變性、混合強度、流體的更新率、氣泡大小細胞團的存在以及界面的吸收特性均影響例如氧氣等氣體到細胞的質(zhì)量傳遞。質(zhì)量傳遞的主要驅(qū)動力包括表面積和濃度梯度。多數(shù)情況下，在攪拌罐生物反應器中氧氣質(zhì)量傳遞的主要阻力源可以是圍繞氣體氣泡周圍的液體膜。
例如Tyvek的噴射材料可用于穿過薄膜的氣體的傳遞。相關(guān)地，通過引入Tyvek和類似的氣體滲透膜，表面積很容易增加。在一些實施例中，通過直接穿過噴射入口恒定補充，在薄膜和液體界面之間的氧梯度可維持在較高水平。此外，隨著葉輪泵培養(yǎng)基直接落在噴射器表面上，迅疾的混合強度也可有益于質(zhì)量傳遞。通過利用薄膜可使氧氣穿過大的薄膜表面而進行質(zhì)量傳遞，這是除了在液柱內(nèi)上升氣泡的形成之外附加的。在很多情況下，小氣泡能導致生物反應器頂部的較多泡沫，根據(jù)亨利定律和與局部壓力有關(guān)的氣體溶解度，這樣對細胞的生存能力和kLa有不利的影響。該邊界層經(jīng)常導致對大量液體內(nèi)的溶解氧水平的控制能力的降低。一般地，由于過量可導致排放過濾阻礙和流動受阻，因此希望的是避免或者減輕泡沫的存在。在這里描述的新穎噴射器方法可提供期望的質(zhì)量傳遞性能，并往往與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比產(chǎn)生泡沫程度降低。這應歸于通過噴射器引入的較大效率但更少氣體，從而保持目標氧溶解度。
Tyvek在一些方面與材料Gore-Tex類似的是，它具有疏水特性，但仍然允許水蒸汽穿過。對于醫(yī)學級的Tyvek相對較大孔徑，可以是大約20(微米)，且表面能可以是大約25到大約32(達因/cm)。如在這里別處提到的那樣，有益的是，當噴射器浸沒同時未使用時，在靠近噴射器附近的進氣流中使用止回閥以降低通過薄膜的不希望的水蒸汽傳遞。實際的水分轉(zhuǎn)移率可隨著使用的培養(yǎng)基和特定的應用場合而大大改變。濕氣滲透率(MTVR)范圍往往從大約1500到大約1640(g/m2/24hrs)。本發(fā)明還設(shè)想以可替換改裝套件形式對這些噴射器方法的利用，而其中的可替換改裝套件可用于傳統(tǒng)的生物反應器。這種套件可提高kLa，并對通常用于蒸汽滅菌生物反應器的一套硬件進行替換，其中這些硬件難以殺菌或清潔。
可以理解的是，任何各種滲透膜可用作噴射材料。在一些實施例中，這種薄膜可由高密度聚乙烯纖維組成，該高密度聚乙烯纖維被加熱封接到厚度在大約50微米到大約250微米之間的網(wǎng)上。該纖維一般地具有在大約2微米到大約8微米之間的直徑，并可通過瞬時紡絲工藝或者其他方法來生產(chǎn)。
在其他的實施例中，噴射材料可包括穿孔的薄膜片，例如具有較小穿孔的低密度PE薄膜片。這可以是塑料管、模制塑料、成形薄膜或者平面薄膜形式。例如，該較小穿孔可以沖壓、模制或者壓印到薄膜上。如上所述，這種噴射材料或者結(jié)構(gòu)可固定到容器上。在一些實施例中，噴射機構(gòu)可包括滲透膜和穿孔膜的組合。
圖16示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的噴射器組件1600的剖視圖。噴射器組件1600可包括滲透性材料片1605和噴射器管道1610。如在這里所示的那樣，滲透性材料片1605在形狀上為環(huán)形的。噴射器組件1600可通過噴射器管道1610與容器(現(xiàn)在示出)端口流體連通。該片材1605的內(nèi)環(huán)1603和外環(huán)1604每個均可錨定到容器1602的內(nèi)表面，從而滲透性材料片1605隨著與容器1602的聯(lián)接而限定了環(huán)形空間。
圖17示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的噴射器組件1700的剖視圖。噴射器組件1700可包括任意數(shù)量的滲透性材料片1705、噴射器管1730和噴射器管道1710。噴射器組件1700可通過噴射器管道1710與容器的端口1720流體連通。如在這里所示的那樣，噴射器組件1700可包括噴射器主體1706，該噴射器主體1706由兩個沿著它們的外環(huán)1704聯(lián)接在一起的滲透性材料片1705制成?？梢岳斫獾氖?，噴射器主體1706可設(shè)計成各種形狀，這些形狀包括球體、柱體、箱體、錐體、不規(guī)則的形狀等等，并可包括滲透性和不可滲透性材料或者表面的任何組合。
圖18示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的噴射器組件1800的剖視圖。噴射器組件1800可包括滲透性材料片1805和噴射器管道1810。噴射器組件1800可通過噴射器管道1810與容器1802的端口1820流體連通。如在這里所示的那樣，滲透性材料片1805在形狀上圓形的。該片材1805的外環(huán)1804可錨定到容器1802的內(nèi)表面，從而滲透性材料片1805隨著與容器1802聯(lián)接而限定了圓頂狀空間。通過利用例如在這里示出的圓頂?shù)牟煌叽缧螤?，例如在這里描述那些的噴射器組合結(jié)構(gòu)可允許對滲透性材料1805的表面積和對應的氣體流速條件進行調(diào)節(jié)。本發(fā)明的一些實施例可包括與套管并行聯(lián)接的止回閥，這樣可阻止流體回流，而其中的套管固定于噴射器管道1810上。
圖19示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的噴射器組件1900的剖視圖。噴射器組件1900可包括滲透性材料片1905和噴射器管道1910。噴射器組件1900可通過噴射器管道1910與容器(未示出)端口流體連通。如在這里所示的那樣，滲透性材料片1905在形狀上是圓形的。材料片1905的外環(huán)1904可聯(lián)接噴射器管道1910，從而該滲透性材料板1905隨著與噴射器管道1910聯(lián)接而限定圓頂狀空間。
圖20示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的反應器系統(tǒng)2000的局部透視圖。反應器系統(tǒng)2000可包括聯(lián)接驅(qū)動軸2004的驅(qū)動電機2095。反應器系統(tǒng)2000還可包括與驅(qū)動電機2095聯(lián)接的框架支撐件2097。在使用中，驅(qū)動軸2004可與旋轉(zhuǎn)組件2001聯(lián)接，以對與旋轉(zhuǎn)組件2001聯(lián)接的容器(未示出)的內(nèi)容物進行混合和攪動。在一些實施例中，旋轉(zhuǎn)組件2001通過支架(未示出)與框架支撐件2097聯(lián)接。圖21示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的反應器系統(tǒng)2100的局部透視圖。反應器系統(tǒng)2100可包括與驅(qū)動軸2104聯(lián)接的驅(qū)動電機(未示出)。反應器系統(tǒng)2100還可包括與驅(qū)動電機2197聯(lián)接的框架支撐件2197。驅(qū)動軸2004可包括驅(qū)動軸突耳2006或者與之一起操作，其中該突耳的結(jié)構(gòu)設(shè)計成與旋轉(zhuǎn)組件輪轂(未示出)的切口聯(lián)接。驅(qū)動軸突耳2006往往用于把來自驅(qū)動電機的扭矩傳遞到旋轉(zhuǎn)組件輪轂。
圖22示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的反應器系統(tǒng)2200的局部透視圖。反應器系統(tǒng)2200可包括聯(lián)接驅(qū)動軸2204的驅(qū)動電機2295。在使用中，驅(qū)動軸2204可與旋轉(zhuǎn)組件2201聯(lián)接，以對與旋轉(zhuǎn)組件2201聯(lián)接的容器(未示出)的內(nèi)容物進行混合和攪動。夾具2205可同時與旋轉(zhuǎn)組件2201聯(lián)接。在此實施例中，驅(qū)動電機2295包括直角齒輪降速電機，而該直角齒輪降速電機可使操作員在不移動驅(qū)動電機2295的情況下把驅(qū)動軸2204穿過該驅(qū)動電機2295。包括直角齒輪降速電機、平行軸齒輪電機和空心軸電機的實施例可提供提高的對準性，并使在驅(qū)動電機2295和旋轉(zhuǎn)組件2201之間的連接容易。圖23示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的反應器系統(tǒng)2300的剖面圖。反應器系統(tǒng)2300可包括聯(lián)接驅(qū)動軸2304的驅(qū)動電機2395。驅(qū)動軸2304可包括錐形元件2304a或者與之聯(lián)接，而其中錐形元件2304a的結(jié)構(gòu)設(shè)計成與對應的電機2395的接納元件2395a結(jié)合。錐形元件2304a可在驅(qū)動軸2304和驅(qū)動電機2395之間提供提高的對準性。
圖24示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的反應器系統(tǒng)2400的透視圖。反應器系統(tǒng)2400可包括與支撐架2413聯(lián)接的容器殼體2411。支撐架2413可用于支撐傳感探頭(未示出)及反應器系統(tǒng)的其他元件。容器殼體2411可通過支框2497與驅(qū)動電機2495聯(lián)接。圖25示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的反應器系統(tǒng)2500的透視圖。反應器系統(tǒng)2500可包括與支撐架2513聯(lián)接的容器殼體2511。容器殼體2511可通過支框2597與驅(qū)動電機2595聯(lián)接。
圖26示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的探頭組件2600。如在這里看到的那樣，探頭組件2600處于與反應器容器接合前的縮回形態(tài)。探頭組件2600可包括溶解氧和pH值探頭2610以及用于提供消毒連接的PallKleenpak連接件2620。探頭組件2600還包括端口2630、套筒2640和聯(lián)接件2650，同時這三個部件可利用Pall連接件2620促進探頭2610集成到反應器內(nèi)。在一些實施例中，端口2630和陰型Pall連接件2620f可以是反應器容器(未示出)一部分或者與之成為一體。套筒2640、聯(lián)接件2650和陽型Pall連接件2620m可作為分開組件制造或者提供給用戶。用戶可把想要的探頭安裝到這種組件中，然后對整個探頭組件滅菌。端口2630、套筒2640和聯(lián)接件2650可使用Pall連接件2620促進探頭2610集成到生物反應器內(nèi)。
圖27A為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的探頭組件的探頭端口分組件2702的視圖。探頭端口分組件2702可包括與陰型Pall連接件2620f聯(lián)接的生物工藝容器端口2730。端口2730例如可以通過凸緣平面2734熱焊接到容器(未示出)內(nèi)。端口2730還可包括唇形密封件2732，該唇形密封件能阻止來自容器的流體或者物質(zhì)回流到探頭組件或者越過凸緣2734平面。在一些實施例中，端口2730和陰型Pall連接件2620f與容器整體制造。
圖27B示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的探頭組件的探頭套件分組件2704。探頭套件分組件2704可包括聯(lián)接件2750、套筒2740和陽型Pall連接件2620m。探頭套件分組件2704可作為單獨的套件提供給最終用戶。套筒2740可通過聯(lián)接件2750的倒鉤安裝件(未示出)與聯(lián)接件2750聯(lián)接。同樣地，套筒2740可通過陽型Pall連接件2620m的倒鉤安裝件(未示出)與陽型Pall連接件2620m聯(lián)接。
圖27C示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的探頭組件高壓滅菌分組件2706。該高壓滅菌器分組件2706包括探頭2710、聯(lián)接件2750、套筒2740和陽型Pall連接件2620m。最終用戶可把期望的探頭2710安裝到如上所述的探頭套件分組件2704內(nèi)，并對形成的高壓滅菌組件2706滅菌。在滅菌后，用戶可把陽型Pall連接件2620f和陰型Pall連接件2620f結(jié)合，并完成探頭與流體流的接合。在一些實施例中，套筒2740為可塌陷并可使探頭2710移動的柔性構(gòu)件，而聯(lián)接件2750可在套筒2740和探頭2710之間形成分界面。
圖28A示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的探頭組件2800。探頭組件2800包括探頭2810、聯(lián)接件2850、套筒2850、陽型Pall連接件2820m、陰型Pall連接件2820f和端口2830。示出的探頭組件2800處于第一連接構(gòu)造，其中探頭組件與容器接合，然而該探頭仍然沒有被引入流體流內(nèi)。圖28B示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的探頭組件，其中探頭組件2800處于第二連接構(gòu)造，使得套筒2840塌陷，同時探頭2710的遠端被引入容器的流體流內(nèi)。
C.培養(yǎng)物該攪拌罐反應器系統(tǒng)可設(shè)計成能容納例如生物流體的流體培養(yǎng)基、細胞培養(yǎng)基、微生物培養(yǎng)物、食品等等。當可流動培養(yǎng)基是細胞培養(yǎng)基時，該系統(tǒng)例如以批次模式、半批次模式、補料模式(fed-batchmode)或者連續(xù)模式操作。一批培養(yǎng)物可以是大量細胞培養(yǎng)物，其中細胞培菌液在槽或者發(fā)酵器內(nèi)以最大密度培養(yǎng)，并成批采收和處理。補料培養(yǎng)物可以是這樣的培養(yǎng)物，其中配有新鮮營養(yǎng)素(例如生長限定基質(zhì))或者添加劑(例如產(chǎn)物母體)。連續(xù)培養(yǎng)物可以是這樣的懸浮培養(yǎng)物，其中通過流入新鮮的培養(yǎng)基而連續(xù)地配有營養(yǎng)素，同時培養(yǎng)物體積通常是恒定的。同樣地，連續(xù)發(fā)酵可參照這樣的方法，其中在指數(shù)生長期(exponential growth phase)，通過連續(xù)添加新鮮培養(yǎng)基，而這通過從生物反應器中去除細胞懸液而精確地平衡，細胞或者微生物保持在培養(yǎng)物內(nèi)。此外，該攪拌罐反應器系統(tǒng)可用于懸浮物、灌注液或者微載體培養(yǎng)物。通常，該攪拌罐反應器系統(tǒng)可作為任何傳統(tǒng)的攪拌罐反應器，其中帶有任何種類的攪拌器，例如拉什頓(Rushton)、水翼艇、傾斜漿葉(pitched blade)或者艦船式的。參考圖1，該攪動軸112可相對于殼體111以任何角度或者位置安裝，例如在中心豎立、偏心豎立或者15度偏心?？刂茢嚢韫薹磻骺赏ㄟ^傳統(tǒng)方式，而不需要就地蒸發(fā)(SIP)或者就地清洗(CIP)控制。實際上，本發(fā)明的系統(tǒng)不局限于無菌的生物反應器操作，而是可以用于任何操作中，其中清潔產(chǎn)物利用攪拌罐混合，例如不需要清潔空間的食品生產(chǎn)或者任何清潔空間的組合D.套件本發(fā)明包括套件，其中該套件包括攪拌罐反應器系統(tǒng)和使用說明書。在一個實施例中，套件包括一次性攪拌罐反應器系統(tǒng)。因此，該套件包括至少一個例如袋子、軸、葉輪或者軸承的一次性元件。該套件可以全部是一次性的。柔軟、一次性袋子可通過一個密封件或者O形環(huán)固定到軸和軸承上，使得袋子內(nèi)部保持無菌。另外，該袋子包括pH值傳感器和溶解氧傳感器，其中傳感器結(jié)合到袋子內(nèi)并和袋子一起是一次性的。該套件還可包括一個或多個封接到袋子上的內(nèi)部小囊。該小囊具有敞開到袋子外部的一端，從而探頭可被插入反應器中。該探頭例如可以是測溫探頭、pH值探頭、溶解氣體傳感器、氧傳感器、二氧化碳(CO2)傳感器、細胞團塊傳感器、營養(yǎng)素傳感器、滲透壓力計等等。此外，該系統(tǒng)可在袋子內(nèi)包括至少一個端口，用于使裝置連接到該端口上，其中該裝置包括但不局限于管道、過濾器、采樣器、探頭、連接件等等。端口可允許采樣、滴定、化學穩(wěn)定劑添加、噴射等等。此套件的優(yōu)點在于，它可有選擇地全部為一次性的，并通過遵循附加的說明書易于使用。此套件根據(jù)優(yōu)選的培養(yǎng)物體積而具有不同的尺寸，并可與任何期望的反應室或者桶一起使用。此套件預先滅菌，并不需要驗證或者清潔。套件能用于細胞培養(yǎng)物、微生物培養(yǎng)物、植物代謝物培養(yǎng)物、食品、化學試劑、生物制藥等等。
在另一個實施例中，套件包括保持一次性袋子的殼體或者桶。這種殼體或者桶可與袋子一起配備或者分別提供。
E.實例以下具體的實例是用來說明發(fā)明，而不應該理解為限制權(quán)利要求的范圍。
(1)一次性生物反應器本發(fā)明的攪拌罐反應器系統(tǒng)的一個實例是一次性生物反應器，或者一次性使用生物反應器(SUB)。該生物反應器與帶有嵌入攪動和可聯(lián)接傳感器(例如pH值傳感器、溫度傳感器、溶解氧(dO2)傳感器等等)的250升培養(yǎng)基袋子相似。該反應器通過傳統(tǒng)的控制器操作。該攪拌器(例如攪動軸和葉輪)和軸承是一次性的，并可嵌入到袋子內(nèi)。電機安裝在容納袋子的250升桶上的支撐件(例如電機和軸承座)或者支架上。在尺寸、形狀和操作上，此生物反應器與帶有無菌襯里的不銹鋼反應器相似，然而，此發(fā)明的生物反應器與傳統(tǒng)的不銹鋼反應器相比具有許多優(yōu)點。可以理解的是，這種培養(yǎng)基袋子的尺寸和容積可根據(jù)工業(yè)需要而按比例增加和減小。
最重要的是，不需要清潔和蒸汽滅菌。該袋子通過輻射而預先滅菌，從而備用。實際上，在培養(yǎng)啟動或者在培養(yǎng)回合之間不需要清潔、滅菌、驗證或者測試。因此，該生物反應器在培養(yǎng)回合之間提供了零交叉污染的培養(yǎng)環(huán)境。在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，成本大部分與同步進行的清潔(CIP)和同步進行的蒸發(fā)(SIP)以及墊架(skid)形狀和監(jiān)視這些功能的控制系統(tǒng)有關(guān)。這些成本在一次性生物反應器中去掉了，同時多種產(chǎn)品可同時以及更容易培養(yǎng)或者制造。
該一次性生物反應器可通過利用較大的培養(yǎng)袋子和較大的容納該袋子的桶而很容易按比例增大。在不需要任何大量指導或者清潔情況下，可同時操作多個生物反應器。該生物反應器為具有良好混合特性的純粹的攪拌罐。因而該生物反應器具有附加的優(yōu)點是，它可按比例變化，同時如果需要的話，它的內(nèi)容物可轉(zhuǎn)移到不銹鋼反應器中。值得注意的是，該生物反應器把容易使用與低成本和適應性結(jié)合起來，并因此提供了用于細胞培養(yǎng)的新技術(shù)平臺。
(2)細胞培養(yǎng)物本發(fā)明的一次性生物反應器可用于一批培養(yǎng)中，其中在該培養(yǎng)物中，細胞培植到新鮮的培養(yǎng)基中。當細胞生長時，它們消耗培養(yǎng)基中的營養(yǎng)素，同時廢物積聚。對于分泌的產(chǎn)物，當培養(yǎng)按常規(guī)進行時，細胞通過過濾或者離心步驟從產(chǎn)物中分離。對于病毒體的生產(chǎn)，在培養(yǎng)物生長階段期間，細胞感染病毒，使病毒體表達，然后采收。由于在生物反應器中為零交叉污染，因此對于成批培養(yǎng)物工作良好。
生物反應器還可以用于灌注培養(yǎng)，其中產(chǎn)物和/或廢物培養(yǎng)基連續(xù)去除，同時去除的體積由新鮮培養(yǎng)基取代。當除去廢物時，新鮮培養(yǎng)基的恒定添加為細胞提供了營養(yǎng)素，這些營養(yǎng)素要求獲得較高的細胞濃度。不同于成批培養(yǎng)的經(jīng)常變化條件，該灌注方法提供了獲得和保持在平衡狀態(tài)中培養(yǎng)的方式，其中細胞濃度和生產(chǎn)率可維持在穩(wěn)定狀態(tài)。這可如同在任何傳統(tǒng)不銹鋼反應器中那樣容易地在一次性袋子中實現(xiàn)。對于病毒體的生產(chǎn)，該灌注過程能使細胞濃度增加，從而使后感染病毒滴定度增加。對于分泌產(chǎn)物，通過只增加培養(yǎng)袋子的尺寸，在該生物反應器中的灌注為用戶提供了增加生產(chǎn)率的機會。最重要的是，由于系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中是零交叉污染，因此不需要滅菌、驗證或者清潔。
(3)批數(shù)據(jù)1圖29提供了利用根據(jù)本發(fā)明一個實施例的反應器系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的圖象。在200升CDM4培養(yǎng)基中的人胚腎(HEK)293細胞在250升容積的反應器系統(tǒng)中培養(yǎng)。在該圖象中示出的其他參數(shù)中，對于大約成批培養(yǎng)的第一個14天，該反應器系統(tǒng)培養(yǎng)的活細胞密度增加。
(4)批數(shù)據(jù)2圖30-34示出了從根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于哺乳動物細胞培養(yǎng)的一次性使用生物反應器系統(tǒng)中獲得的數(shù)據(jù)。描述了一次性使用攪拌罐生物反應器的可縮放質(zhì)量傳遞特征。說明書示出了來自利用250-升原型系統(tǒng)的成批培養(yǎng)的細胞生長和代謝、抗體產(chǎn)生以及抗體特征數(shù)據(jù)并把這些數(shù)據(jù)與來自類似規(guī)模的傳統(tǒng)不銹鋼生物反應器的結(jié)果進行比較。
材料和方法-混合分析。根據(jù)基液的添加，通過跟蹤在反應器內(nèi)pH值隨著時間變化，估計在各種攪動速率下在生物反應器內(nèi)的混合時間。該反應器用典型細胞培養(yǎng)基填充到250升的工作體積。在時間零點處，500ml 1N NaOH添加到反應器頂部，同時組合的pH玻璃電極用于測量從時間零點直到pH值穩(wěn)定的pH值。繪制pH值對時間的圖象，同時從圖象上估計出需要到達95％最終pH值的時間。
利用已經(jīng)在化學和制藥工業(yè)中沿用已久的標準計算方法來確定主要按比例增加參數(shù)。
混合雷諾數(shù)、NRe是流體運動和慣性力的比率，用于確定混合狀態(tài)，或者層流或者渦流NRe＝NDi2ρ/μ輸入到反應器的能量Po、反應器每一體積V與液體混合和質(zhì)量傳遞發(fā)生的規(guī)模有關(guān)，并取決于葉輪功率指數(shù)NpPo/V＝NpρN3Di5/V葉輪功率指數(shù)取決于葉輪形狀，并且是葉片數(shù)、葉片寬度和葉片間距的函數(shù)。Np還是葉輪與反應器側(cè)面和底部的間隙的函數(shù)。對于各種葉輪形式，功率指數(shù)用文件充分證明。
葉輪速度vi與葉輪附近流體切應力有關(guān)；vi＝πNDi在上述公式中，N＝葉輪旋轉(zhuǎn)速度；Di＝葉輪直徑；ρ＝流體密度以及μ＝流體粘度。
材料和方法-氧氣傳遞分析。在適當?shù)臈l件下，通過跟蹤在溶解氧dO2濃度隨著時間變化，在各種攪動和噴射率下估計容積氧氣輸送系數(shù)kLa。反應器用典型細胞培養(yǎng)基充填到250升的工作容積，同時dO2傳感器安裝在反應器內(nèi)。為了準備每個實驗，氮氣穿過生物反應器噴射，直到dO2濃度低于大約20％空氣飽和度(saturation with air)。對于每個實驗，設(shè)定攪動率，然后以期望的速率噴射空氣。測量隨時間變化的dO2濃度，直到濃度達到大約80％空氣飽和度。根據(jù)以下質(zhì)量平衡公式，從CL與dCL/dt的圖象中可估計出kLa值dCL/dt＝kLa(C*-CL)
其中dCL為dO2濃度，而C*為CL的平衡值。
材料和方法-細胞培養(yǎng)程序。對于傳統(tǒng)的300升工作容積不銹鋼反應器來說已經(jīng)開發(fā)了細胞培養(yǎng)過程，其中該細胞培養(yǎng)過程用來證明一次性使用生物反應器的性能。在傳統(tǒng)反應器中已經(jīng)證明的細胞株、培養(yǎng)基和過程參數(shù)在該一次性反應器中重復進行。
使用的細胞是表示人類單克隆抗體的CHO細胞。利用標準方法細胞被解凍并保持在T-燒瓶中。然后，細胞在被引入傳統(tǒng)的不銹鋼110升培菌液生物反應器前，從T-燒瓶中膨脹到常規(guī)1升的膨脹袋子內(nèi)。一旦細胞到達1.6×106cells/ml的濃度，來自傳統(tǒng)110升生物反應器的45升用作一次性使用生物反應器的培菌液。這樣，在預先確定細胞濃度下的來自受控生物反應器的按指數(shù)規(guī)律生長的細胞作為一次性生物反應器的培菌液。
利用標準、市場上買得到的、化學性質(zhì)確定的細胞培養(yǎng)基。在成批培養(yǎng)的特定點，添加作為非動物來源但不是化學性質(zhì)確定的市場上買得到的營養(yǎng)素供料。在成批培養(yǎng)期間，根據(jù)需要，每天添加右旋葡萄糖和左谷氨酰胺溶液，以在整批保持在1和3mg/liter之間的右旋葡萄糖濃度和在1和3mMol/liter之間左谷氨酰胺濃度。
利用標準、工業(yè)采納的傳感器和控制器完成一次性使用生物反應器的控制。溫度、pH值和dO2反饋控制器利用比例、積分和微分(PID)控制來操作。通過插入在反應器內(nèi)溫度計插孔中的鉑阻溫度計來測量溫度，同時通過電熱套把該溫度控制在37℃。利用組合pH值玻璃電極測量pH值，其中該組合pH值玻璃電極與生物反應器內(nèi)容物直接接觸。通過把CO2添加到頂部空間或者把1M Na2CO3添加到培養(yǎng)物，pH值控制在7.1。利用dO2傳感器測量dO2濃度，其中該dO2傳感器與生物反應器內(nèi)容物直接接觸。通過以大約0.2liters/min噴射O2，把dO2濃度控制在30％的空氣飽和度。攪動沒有通過反饋控制，然而維持在110rpm的單個設(shè)定點，并每天核查。利用磅秤測量在生物反應器中的水平。
利用無菌連接裝置把采樣系統(tǒng)固定到生物反應器上，而在成批培養(yǎng)期間，根據(jù)需要，該采樣系統(tǒng)用來抽出10毫升樣本。樣本至少每天抽出一次。利用Nova BioProfile 200分析器立即分析樣本，其中該分析器提供培養(yǎng)物pH值、dO2、dCO2、右旋葡萄糖和左旋谷氨酰胺濃度。根據(jù)需要，該pH值探頭是標準化的，而根據(jù)Nova測定值添加右旋葡萄糖和左旋谷氨酰胺。利用錐蟲藍染料排除法，根據(jù)血細胞計數(shù)器計數(shù)，確定每個樣本的存活的及全部細胞濃度。樣本通過0.2μm過濾器過濾，并儲存，用于隨后的用于利用抗體滴度的基于Igen的化驗分析。
根據(jù)樣本測定值來計算主要的細胞培養(yǎng)參數(shù)。從樣本數(shù)據(jù)中可直接計算出最大活細胞濃度、在采收時累積細胞時間、最終抗體濃度和消耗的總葡萄糖和谷氨酰胺。如同成批培養(yǎng)那樣，只對培養(yǎng)的指數(shù)生長期來確定細胞的特定生長率。從接種后一到四天，特定生長率由活細胞濃度Xv的回歸擬合計算dXv/dt＝μt為了與一次使用結(jié)果相比，獲得利用類似規(guī)模的傳統(tǒng)不銹鋼生物反應器進行的一系列成批培養(yǎng)的結(jié)果。為一次未來觀測，用于傳統(tǒng)生物反應器制表的數(shù)值范圍為95％預測區(qū)間Xmean±tα/2，n-1·s√(1+(1/n))其中Xmean＝樣本平均值，s＝樣本標準差，n＝樣本大小，以及tα/2，n-1為適當?shù)膶W生t-統(tǒng)計量。
利用傳統(tǒng)的不銹鋼生物反應器制造工藝建立的程序，通過過濾和凈化(與離子交換色譜法結(jié)合的基于A蛋白的親和純化)一次性使用生物反應器的表層漂浮物被采收、凈化。生成的凈化抗體被特征化，并與從傳統(tǒng)的不銹鋼過程中得來的抗體相比較。利用碳水化合物(CHO)分布圖、SDS-PAGE(降低和非降低)、SEC-HPLC、SEC-MALS(多角光散射)、BIACore捆綁、RP-HPLC、毛細管電泳等電聚焦(CEIEF)和MALDI-TOF質(zhì)譜法分析來表征由一次性使用生物反應器得來的該凈化抗體。獲得的結(jié)果與在傳統(tǒng)不銹鋼生物反應器中生產(chǎn)的抗體得到的結(jié)果相比較。
結(jié)果-混合分析。需要到達95％均一性的時間隨攪動速度增加而減少。每個實驗重復兩次，在表1中示出了平均混合時間。

另外，對于一次性使用生物反應器的主要按比例增加參數(shù)很容易計算。如表2所示，利用典型攪拌罐生物反應器的設(shè)計標準來設(shè)計該一次性使用生物反應器，而葉輪是典型的傾斜漿葉形狀。在沒有擋板情況下，通過偏心并與垂直方向成20度角安裝葉輪，避免了在反應器中旋渦的形成。

利用來源于表2的功率數(shù)，對于各種攪動速度，特征性的按比例增加參數(shù)可容易地計算出，如在表3中列出的那樣。

結(jié)果-氧氣傳輸分析。如圖30所示，對于穿過噴射器空氣的各種流量和對于各種攪動速度，確定測定體積的氧氣傳輸系數(shù)kLa。如期望的那樣，kLa隨空氣流量增加以及隨攪動速度增加而增加，但有一個例外。在200每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)下，kLa比在100每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)下低。此差異應歸于在較高的攪動速率下在kLa上增加的表面效應。(由于實驗程序的原因，頂部空間包含氮氣和空氣的混合物。)需要進一步的實驗對表面效應定量。
如期望的那樣，這些結(jié)果與相同幾何形狀的傳統(tǒng)攪拌罐生物反應器的氧氣傳輸特征比較。在細胞培養(yǎng)基中平衡氧濃度的典型理論值(literature value)為0.18mMol/liter，而對于典型的動物細胞培養(yǎng)的氧吸收比速度為0.15mMol/109cells/hr。從上述圖表(攪動＝100rpm；噴射速率＝1.0liter/min；kLa≈10hr-1)范圍的中間操作，利用空氣作為噴射氣體，該一次性使用生物反應器適合能保持大于10×106cells/ml的細胞濃度，而利用氧氣作為噴射氣體，該細胞濃度大于50×106cells/ml。
結(jié)果-成批細胞培養(yǎng)。為了證明用于細胞培養(yǎng)產(chǎn)物的一次性使用生物反應器的適合性，在成批培養(yǎng)中生長產(chǎn)生人單克隆-抗體的CHO細胞，并與在類似規(guī)模的傳統(tǒng)不銹鋼生物反應器中進行的相同細胞株和方法中得到的實際結(jié)果進行比較。此過程已經(jīng)在特別為細胞培養(yǎng)設(shè)計的300升Abec傳統(tǒng)不銹鋼反應器中重復五次。在表4中對來自兩個反應器的主要細胞培養(yǎng)參數(shù)進行比較。

一次性使用生物反應器是最初的樣機。作為第一次使用的樣機，在成批培養(yǎng)期間對控制器PID參數(shù)調(diào)整若干次。在批次期間，由于這些調(diào)整，在pH值、dO2濃度、噴射器流量和攪動速度上有時發(fā)生暫時的漂移。不管這些漂移，從該生物反應器得到的結(jié)果相當于從傳統(tǒng)不銹鋼中得到的結(jié)果。在圖31中示出了通過Nova分析器測量的脫機樣本的pH值、dO2和dCO2濃度的圖象。
在以下附圖中示出了從一次性使用生物反應器得到的詳細結(jié)果。以0.33×106cells/mL培養(yǎng)一次性使用生物反應器，并達到7.6×106cells/mL的最大細胞密度。在批次曲線期間的生長部期間，存活率保持在90％以上。圖32示出了總的和活細胞濃度以及百分比存活率。
圖33示出了在采收時最終滴定度百分比的隨著時間的抗體滴度。隨著細胞濃度下降，此細胞株典型的是，大約50％抗體產(chǎn)生在該批次的下半批。
圖34中示出了累積葡萄糖和谷氨酰胺消耗量。用于一次性使用生物反應器的葡萄糖和谷氨酰胺消耗量與傳統(tǒng)攪拌罐生物反應器得到的歷史結(jié)果相比較。
在表5中包含了化驗結(jié)果的摘要。在任何場合，從該一次性使用生物反應器得到的抗體呈現(xiàn)的結(jié)果與在傳統(tǒng)不銹鋼生物反應器中產(chǎn)生的結(jié)果相同。

在不脫離發(fā)明精神和范圍情況下，本發(fā)明的各種修改和變形對本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。盡管已經(jīng)結(jié)合具體的優(yōu)選實施例描述了發(fā)明，應當理解的是，要求保護的發(fā)明不應過分地限于這種具體的實施例。實際上，那些對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的用于實現(xiàn)發(fā)明的描述方式的各種修改，規(guī)定為在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種反應器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括容器；與該容器的開口密封配合的旋轉(zhuǎn)組件，該旋轉(zhuǎn)組件包括適于接納驅(qū)動軸并與該驅(qū)動軸可釋放地聯(lián)接的可旋轉(zhuǎn)輪轂，從而當該驅(qū)動軸與該可旋轉(zhuǎn)輪轂可操作地聯(lián)接時，該驅(qū)動軸的旋轉(zhuǎn)促進該可旋轉(zhuǎn)輪轂的相應旋轉(zhuǎn)。
2.如權(quán)利要求1的反應器系統(tǒng)，還包括與所述可旋轉(zhuǎn)輪轂聯(lián)接的葉輪，該葉輪位于所述容器內(nèi)并適于與所述驅(qū)動軸的遠端聯(lián)接。
3.如權(quán)利要求1的反應器系統(tǒng)，其中所述旋轉(zhuǎn)組件還包括殼體，該旋轉(zhuǎn)組件通過該殼體與所述容器的開口密封配合。
4.如權(quán)利要求3的反應器系統(tǒng)，還包括所述驅(qū)動軸，其中所述可旋轉(zhuǎn)輪轂和所述驅(qū)動軸設(shè)置為可相對于所述殼體旋轉(zhuǎn)。
5.如權(quán)利要求3的反應器系統(tǒng)，其中所述旋轉(zhuǎn)組件還包括位于所述殼體和可旋轉(zhuǎn)輪轂之間的軸承組件。
6.如權(quán)利要求1的反應器系統(tǒng)，其中所述旋轉(zhuǎn)組件還包括在所述可旋轉(zhuǎn)輪轂和殼體之間環(huán)繞該可旋轉(zhuǎn)輪轂設(shè)置的密封裝置。
7.如權(quán)利要求6的反應器系統(tǒng)，其中軸承組件包括多個軌道軸承，且所述密封裝置包括與所述可旋轉(zhuǎn)輪轂聯(lián)接的旋轉(zhuǎn)盤、與所述殼體聯(lián)接的抗磨板和位于該旋轉(zhuǎn)盤和抗磨板之間的動態(tài)密封件。
8.如權(quán)利要求7的反應器系統(tǒng)，其中所述密封件包括共面布置的兩個或更多個密封件子單元。
9.如權(quán)利要求6的反應器系統(tǒng)，其中軸承組件包括軸頸軸承，且所述密封裝置包括與所述可旋轉(zhuǎn)輪轂聯(lián)接的抗磨板和位于所述殼體和抗磨板之間的動態(tài)密封件。
10.如權(quán)利要求9的反應器系統(tǒng)，其中所述密封件包括共面布置的兩個或更多個密封件子單元。
11.如權(quán)利要求1的反應器系統(tǒng)，其中所述葉輪包括適于與所述驅(qū)動軸聯(lián)接的花鍵。
12.如權(quán)利要求1的反應器系統(tǒng)，其中所述容器包括柔軟袋子。
13.如權(quán)利要求1的反應器系統(tǒng)，其中所述可旋轉(zhuǎn)輪轂通過柔性管與所述葉輪聯(lián)接。
14.一種反應器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括容器；以及位于該容器內(nèi)的噴射器組件，該噴射器組件包括柔軟滲透性材料片和噴射器管道。
15.如權(quán)利要求14的反應器系統(tǒng)，其中所述滲透性材料片包括可滲透蒸氣并且防水的材料。
16.如權(quán)利要求14的反應器系統(tǒng)，其中所述滲透性材料片包括高密度聚乙烯纖維。
17.如權(quán)利要求14的反應器系統(tǒng)，其中所述噴射器組件與所述容器的端口流體連通。
18.如權(quán)利要求14的反應器系統(tǒng)，還包括與所述容器的開口密封配合的旋轉(zhuǎn)組件；以及位于該容器內(nèi)并與所述旋轉(zhuǎn)組件聯(lián)接的葉輪。
19.如權(quán)利要求14的反應器系統(tǒng)，其中所述噴射器主體錨定到所述容器的內(nèi)表面。
20.如權(quán)利要求19的反應器系統(tǒng)，其中所述噴射器組件的噴射器主體大致為球形。
21.一種生物反應器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括與驅(qū)動電機聯(lián)接的框架支撐件；位于該框架支撐件的殼體內(nèi)的柔軟袋子，該柔軟袋子包括一個或多個端口，用于把細胞培養(yǎng)物和培養(yǎng)基引入到該柔軟袋子內(nèi)；與該框架支撐件的支架聯(lián)接并與該柔軟袋子的開口密封配合的旋轉(zhuǎn)組件，該旋轉(zhuǎn)組件包括適于容納所述驅(qū)動電機的驅(qū)動軸并與該驅(qū)動軸聯(lián)接的輪轂；以及與所述輪轂聯(lián)接用于攪動細胞培養(yǎng)物和培養(yǎng)基的葉輪，該葉輪位于所述柔軟袋子內(nèi)并適于與所述驅(qū)動軸聯(lián)接。
22.如權(quán)利要求21的生物反應器系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括探頭組件，該探頭組件包括與所述柔軟袋子聯(lián)接的端口；與該端口聯(lián)接的Pall連接件；與該Pall連接件聯(lián)接的套筒；與該套筒聯(lián)接的聯(lián)接件；以及探頭，該探頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計成與所述聯(lián)接件聯(lián)接并穿過所述套筒、Pall連接件和端口并部分地插入到所述柔軟袋子內(nèi)。
23.一種用于制造反應器系統(tǒng)的方法，該方法包括聯(lián)接容器和旋轉(zhuǎn)組件，該旋轉(zhuǎn)組件與容器的開口密封配合，該旋轉(zhuǎn)組件包括適于容納驅(qū)動軸并與該驅(qū)動軸聯(lián)接的輪轂；聯(lián)接葉輪和輪轂，所述葉輪設(shè)置在所述容器內(nèi)；以及對所述反應器系統(tǒng)進行滅菌。
24.如權(quán)利要求23的方法，其中所述滅菌步驟包括用伽馬輻射對所述系統(tǒng)進行處理。
25.一種用于制備反應器系統(tǒng)的方法，該方法包括把該反應器系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)組件的殼體聯(lián)接到框架支架上；把該反應器系統(tǒng)的容器至少部分地放置在框架殼體內(nèi)；把驅(qū)動軸插入到所述旋轉(zhuǎn)組件的輪轂內(nèi)，該輪轂位于軸承和所述殼體之間的所述旋轉(zhuǎn)組件的殼體內(nèi)；把所述驅(qū)動軸的遠端聯(lián)接到葉輪上，該葉輪位于所述容器內(nèi)并與所述輪轂聯(lián)接；以及把反應成分經(jīng)由端口引入到所述容器內(nèi)。
26.一種反應器系統(tǒng)套件，該套件包括反應器系統(tǒng)，該反應器系統(tǒng)包括容器；與該容器的開口密封配合的旋轉(zhuǎn)組件，該旋轉(zhuǎn)組件包括適于容納驅(qū)動軸并與該驅(qū)動軸聯(lián)接的輪轂；與該輪轂聯(lián)接的葉輪，該葉輪位于所述容器內(nèi)并適于與所述驅(qū)動軸聯(lián)接；以及使用說明書。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種攪拌罐反應器系統(tǒng)以及制備這樣系統(tǒng)的方法。本發(fā)明還包括這種作為一次性反應器以及在帶有一次性部件的套件中攪拌罐反應器的使用。
文檔編號C12M1/02GK1997730SQ200580013197
公開日2007年7月11日 申請日期2005年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月27日
發(fā)明者庫爾特·T·屈納斯, 羅伯特·V·奧克利, 福阿德·F·哈桑, 邁克爾·E·古德溫, 杰里米·K·拉森, 耐菲·D·瓊斯 申請人:巴克斯特國際公司, 巴克斯特醫(yī)療保健股份有限公司, 海克隆實驗室公司