一種雙層循環(huán)系統(tǒng)的灌注式生物反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及醫(yī)療器械中的生物反應(yīng)器【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種雙層循環(huán)系統(tǒng)的灌注式生物反應(yīng)器。一種雙層循環(huán)系統(tǒng)的灌注式生物反應(yīng)器，其中，包括培養(yǎng)罐、設(shè)于培養(yǎng)罐外部的外層循環(huán)系統(tǒng)、設(shè)于培養(yǎng)罐內(nèi)部的內(nèi)層循環(huán)系統(tǒng)和氣體加注系統(tǒng)；解決細胞在培養(yǎng)過程中對培養(yǎng)液循環(huán)流動的矛盾需求問題，并能有效提高培養(yǎng)液中氧的溶解度及其分布的均勻度，有利于培養(yǎng)液中廢氣的排出，并能有效消除氣泡進入細胞培養(yǎng)區(qū)域。
【專利說明】一種雙層循環(huán)系統(tǒng)的灌注式生物反應(yīng)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及醫(yī)療器械中的生物反應(yīng)器【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種雙層循環(huán)系統(tǒng)的灌注式生物反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其功能是在體外制造一個與體內(nèi)相似的環(huán)境，以加速培養(yǎng)細胞、形成組織乃至器官的系統(tǒng)，可廣泛應(yīng)用于器官缺損患者替代、構(gòu)建、保持或增強其組織功能，以及生物制藥等領(lǐng)域。其原理為根據(jù)細胞在體內(nèi)生長微環(huán)境的生理、物理、化學特性，利用工程技術(shù)，在體外構(gòu)建一套裝置，使其能提供與體內(nèi)相近的微環(huán)境，以利于細胞在該體外微環(huán)境中進行增殖、分化，以及形成組織乃至器官。
[0003]圖1為現(xiàn)有的灌注式生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖，圖1中，培養(yǎng)液儲存罐2中的培養(yǎng)液通過導(dǎo)管由蠕動泵6抽取到培養(yǎng)罐7中支架8的入口，透過支架8，流入到培養(yǎng)罐7中，培養(yǎng)罐7中的培養(yǎng)液通過導(dǎo)管由蠕動泵4從培養(yǎng)罐7中抽出，通過三通閥5，回流到培養(yǎng)液儲存罐2或從導(dǎo)管3流入廢棄液儲存罐I中。含有氧氣的氣體從導(dǎo)氣管9中加到培養(yǎng)液中，培養(yǎng)液中的廢氣也可通過導(dǎo)氣管9排出。支架8多為多孔介質(zhì)材料，種植在支架8內(nèi)的細胞與流過支架的培養(yǎng)液之間存在營養(yǎng)物質(zhì)與新陳代謝排泄物的交換過程。細胞可在反應(yīng)器中進行大規(guī)模增殖，也可進而進行細胞分化。
[0004]細胞在體外培養(yǎng)過程中，需要相對穩(wěn)定的微環(huán)境，同時又需要能進行高效物質(zhì)交換的動態(tài)環(huán)境，這是一對矛盾的需求，現(xiàn)有灌注式生物反應(yīng)器的培養(yǎng)液循環(huán)流動方式，無法有效兼顧這個矛盾需求；生物反應(yīng)器中為細胞提供營養(yǎng)物質(zhì)的培養(yǎng)液中需保持一定的溶氧度,為此需向培養(yǎng)液中加注含有氧氣的混合氣體,現(xiàn)有灌注式生物反應(yīng)器在加注該混合氣體時，存在一些問題。即現(xiàn)有灌注式生物反應(yīng)器主要存在以下不足:
[0005](I)、現(xiàn)有灌注式生物反應(yīng)器難以克服培養(yǎng)液在循環(huán)流動過程中存在的矛盾需求:從細胞所需的營養(yǎng)物質(zhì)與其新陳代謝排泄物的有效傳輸角度，需要培養(yǎng)液不間斷地連續(xù)循環(huán)灌注；然而，從細胞生長的微環(huán)境角度，需要維持相對穩(wěn)定的微環(huán)境，如果細胞培養(yǎng)的微環(huán)境變換過快，會稀釋細胞分泌的生長促進因子，不利于細胞增殖(參考文獻:王甜甜，干細胞體外三維培養(yǎng)的研究進展，[J]國際檢驗醫(yī)學雜志，2 O I 2年3月第3 3卷第6期)，為此，需要培養(yǎng)液維持相對穩(wěn)定。現(xiàn)有灌注式生物反應(yīng)器的常規(guī)解決辦法是動態(tài)培養(yǎng)與靜態(tài)培養(yǎng)相結(jié)合，即先靜置培養(yǎng)一段時間，此過程中培養(yǎng)液不循環(huán)流動，細胞在宏觀靜止的微環(huán)境中培養(yǎng)，然后循環(huán)灌注培養(yǎng)一段時間，即啟動培養(yǎng)液循環(huán)灌注功能，通過在培養(yǎng)罐與培養(yǎng)液儲存罐間循環(huán)流動培養(yǎng)液，在動態(tài)培養(yǎng)細胞的同時，將反應(yīng)罐內(nèi)的培養(yǎng)液換為新鮮的培養(yǎng)液。交替進行這兩種靜態(tài)與動態(tài)培養(yǎng)過程。這種常規(guī)的解決方法，由于存在一段時間的靜態(tài)培養(yǎng)，使得細胞培養(yǎng)的效率與質(zhì)量不高。
[0006](2)、現(xiàn)有灌注式生物反應(yīng)器在含氧混合氣體的加注方式上存在問題。現(xiàn)有的灌注式生物反應(yīng)器一般是在圖1中的培養(yǎng)液儲存罐2中通過導(dǎo)氣管9將含有氧氣的混合氣體(包含氧氣、二氧化碳、氮氣)加入培養(yǎng)液儲存罐2內(nèi)的培養(yǎng)液中，這種加注氣體的方式，使得培養(yǎng)液中的溶氧率較低，分布也不夠均勻，并且容易導(dǎo)致產(chǎn)生的氣泡隨培養(yǎng)液進入培養(yǎng)罐7中，而氣泡破裂時會對培養(yǎng)的細胞產(chǎn)生破壞作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實用新型為克服上述現(xiàn)有技術(shù)所述的至少一種缺陷，提供一種雙層循環(huán)系統(tǒng)的灌注式生物反應(yīng)器，以解決細胞在培養(yǎng)過程中對培養(yǎng)液循環(huán)流動的矛盾需求問題,并能有效提高培養(yǎng)液中氧的溶解度及其分布的均勻度，有利于培養(yǎng)液中廢氣的排出，并能有效消除氣泡進入細胞培養(yǎng)區(qū)域。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是:一種雙層循環(huán)系統(tǒng)的灌注式生物反應(yīng)器，其中，包括培養(yǎng)罐、設(shè)于培養(yǎng)罐外部的外層循環(huán)系統(tǒng)、設(shè)于培養(yǎng)罐內(nèi)部的內(nèi)層循環(huán)系統(tǒng)和氣體加注系統(tǒng)；
[0009]本方案中，通過外層循環(huán)系統(tǒng)實現(xiàn)培養(yǎng)罐內(nèi)培養(yǎng)液從外部的培養(yǎng)液儲存處獲得更新；通過內(nèi)層循環(huán)系統(tǒng)實現(xiàn)培養(yǎng)罐內(nèi)培養(yǎng)液在培養(yǎng)罐內(nèi)部進行循環(huán)流動。氣體通過氣體加注系統(tǒng)加入到攪拌室內(nèi)的空氣中，并排出未溶解入培養(yǎng)液的多余氣體及細胞新陳代謝排泄的廢氣。
[0010]在生物反應(yīng)器中設(shè)計了內(nèi)、外雙層循環(huán)灌注系統(tǒng)，外層循環(huán)灌注系統(tǒng)確保培養(yǎng)罐內(nèi)培養(yǎng)液的營養(yǎng)物質(zhì)濃度維持在有利于細胞進行物質(zhì)交換的范圍內(nèi)；內(nèi)層循環(huán)灌注系統(tǒng)實現(xiàn)了固定空間內(nèi)的局部循環(huán)。在內(nèi)層循環(huán)系統(tǒng)中，采用了槳葉攪拌的流體驅(qū)動與細胞培養(yǎng)區(qū)的分區(qū)域但共室的設(shè)計技術(shù)，使得細胞培養(yǎng)區(qū)的流體運動為平緩的層流，這種固定空間內(nèi)的局部平緩層流，可確保細胞生長的微環(huán)境成分保持相對穩(wěn)定，又能有利于細胞與培養(yǎng)液間物質(zhì)交換的有效進行。
[0011]具體的，所述的外層循環(huán)系統(tǒng)包括廢棄液儲存罐、培養(yǎng)液儲存罐、三通閥、第一蠕動泵、第二蠕動泵、培養(yǎng)液導(dǎo)入管和培養(yǎng)液導(dǎo)出管，培養(yǎng)液導(dǎo)入管一端連接培養(yǎng)罐內(nèi)部，另一端連接第二蠕動泵，第二蠕動泵通過導(dǎo)管連接培養(yǎng)液儲存罐；培養(yǎng)液導(dǎo)出管一端連接培養(yǎng)罐內(nèi)部，另一端連接第一蠕動泵；三通閥包括三個出口，其第一出口連接第一蠕動泵，第二出口通過導(dǎo)管連接培養(yǎng)液儲存罐，第三出口通過導(dǎo)管連接廢棄液儲存罐；外層循環(huán)系統(tǒng)啟動后，第二蠕動泵產(chǎn)生的動力將培養(yǎng)液儲存罐中的新鮮培養(yǎng)液從培養(yǎng)液導(dǎo)入管輸送到培養(yǎng)罐內(nèi)，同時，第一螺動泵將培養(yǎng)罐內(nèi)的舊培養(yǎng)液從培養(yǎng)液導(dǎo)出管輸送到三通閥處，通過控制三通閥，可以控制培養(yǎng)液導(dǎo)出管中的培養(yǎng)液回到培養(yǎng)液儲存罐內(nèi)，或是輸送到廢棄液儲存罐內(nèi)。所述外層循環(huán)系統(tǒng)用來實現(xiàn)培養(yǎng)液的間歇式循環(huán)，即按照設(shè)定的間隔時間，通過蠕動泵將培養(yǎng)罐中的培養(yǎng)液進行整體更換，此時內(nèi)層循環(huán)可以同時進行，也可以停止。
[0012]所述的內(nèi)層循環(huán)系統(tǒng)包括設(shè)于培養(yǎng)罐內(nèi)的塔板、底部導(dǎo)通管、攪拌室，塔板的底部通過底部導(dǎo)通管與攪拌室的底部連接，內(nèi)層循環(huán)系統(tǒng)還包括固定于培養(yǎng)罐上部的電機、與電機連接的連動桿、與連動桿固定的槳葉，連動桿和槳葉設(shè)于攪拌室內(nèi)部；所述的攪拌室還開有出液口，出液口與培養(yǎng)罐內(nèi)部連通；所述內(nèi)層循環(huán)系統(tǒng)用來實現(xiàn)培養(yǎng)液在培養(yǎng)罐內(nèi)進行局部連續(xù)循環(huán)，此時外層循環(huán)停止，培養(yǎng)罐中的培養(yǎng)液在攪拌室內(nèi)槳葉攪拌的作用下，在塔板與攪拌室間進行局部小循環(huán)。
[0013]通過該內(nèi)、外雙層循環(huán)灌注系統(tǒng),可以解決細胞培養(yǎng)對培養(yǎng)液循環(huán)流動的矛盾需求問題。所采用的外層循環(huán)可以更新培養(yǎng)罐中的培養(yǎng)液，更新后的培養(yǎng)液中營養(yǎng)物的濃度較高，細胞新陳代謝排泄物的濃度較低，此狀況有利于細胞的新陳代謝過程有效進行；培養(yǎng)液更新完成后，停止外層循環(huán)，內(nèi)層循環(huán)使得培養(yǎng)液僅在塔板與攪拌室之間進行局部循環(huán)，此局部空間的內(nèi)部循環(huán)，使得細胞分泌的促生長因子仍停留在該局部空間之中，不會因該因子成分的過度過快稀釋而對細胞的生長造成不利影響，同時，該局部循環(huán)，也有利于更新細胞周圍的微環(huán)境，給細胞帶來營養(yǎng)物質(zhì)，帶走新陳代謝排泄物，有利于細胞新陳代謝過程的順利進行。當新陳代謝過程進行一定時間后，培養(yǎng)罐內(nèi)的營養(yǎng)物濃度因被細胞吸收而濃度較低，而排泄后的廢物濃度較高，不利于細胞新陳代謝所需要的物質(zhì)交換過程的順利進行時，則再次啟動外層循環(huán)系統(tǒng)，將培養(yǎng)罐的培養(yǎng)液進行整體更換，如此反復(fù)交替進行，從而可解決細胞對培養(yǎng)液循環(huán)的矛盾需求問題，為細胞提供有利于其新陳代謝進程的微環(huán)境。
[0014]所述的氣體加注系統(tǒng)包括氣體導(dǎo)入管、氣體導(dǎo)出管，氣體導(dǎo)入管一端設(shè)于培養(yǎng)罐外部，另一端連接攪拌室的底部；氣體導(dǎo)出管一端連接攪拌室的上部，另一端連接培養(yǎng)罐外部。
[0015]具體的，生物反應(yīng)器還包括塔板固定接頭、底座和底座固定桿，培養(yǎng)罐開口處設(shè)有頂蓋，塔板固定接頭一端固定于頂蓋上，另一端固定塔板；底座固定桿一端固定于頂蓋上，另一端固定底座，底座承托塔板。
[0016]具體的，所述的攪拌室包括攪拌室底座、設(shè)于攪拌室底座上的攪拌室外筒和攪拌室內(nèi)筒；連動桿和槳葉設(shè)于攪拌室內(nèi)筒內(nèi)，氣體導(dǎo)出管和出液口設(shè)于攪拌室外筒上部。
[0017]具體的，所述的攪拌室底座的圓周上開有氣體導(dǎo)入口，氣體導(dǎo)入口連接氣體導(dǎo)入管，攪拌室內(nèi)筒底部設(shè)有氣體入口，氣體入口與氣體導(dǎo)入口連通。
[0018]所述的攪拌室內(nèi)筒底部還設(shè)有培養(yǎng)液入口，培養(yǎng)液入口與底部導(dǎo)通管連通。
[0019]內(nèi)層循環(huán)系統(tǒng)啟動后，電機通過連動桿帶動槳葉進行高速旋轉(zhuǎn)，高速旋轉(zhuǎn)的槳葉帶動槳葉區(qū)域內(nèi)的培養(yǎng)液向上向外快速甩出，使得槳葉下方區(qū)域因培養(yǎng)液的減少而壓力下降，從而可將塔板區(qū)域的培養(yǎng)液通過底部導(dǎo)通管吸引到槳葉下方區(qū)域。隨著槳葉的高速旋轉(zhuǎn)而向上向外甩出的培養(yǎng)液，將沿著攪拌室內(nèi)筒、攪拌室外筒的內(nèi)壁面向上移動到達出液口，從出液口流出攪拌室，流回到塔板區(qū)域，形成一個培養(yǎng)罐內(nèi)部的培養(yǎng)液循環(huán)流動的路線。
[0020]槳葉高速攪拌產(chǎn)生的培養(yǎng)液湍流經(jīng)過攪拌室內(nèi)筒的阻礙緩沖作用后，再從攪拌室外筒上方的出液口流出時，已經(jīng)是平緩流動的層流，從而可避免快速復(fù)雜的湍流對塔板區(qū)域的影響，使得塔板區(qū)域的流體運動為簡單的層流，這有利于塔板區(qū)域內(nèi)的細胞生長微環(huán)境的相對穩(wěn)定。
[0021]含有氧氣的混合氣體(含有氧氣、二氧化碳、氮氣)從氣體導(dǎo)入管進入攪拌室內(nèi)槳葉側(cè)下方的培養(yǎng)液中，氣體在培養(yǎng)液中產(chǎn)生的氣泡，被高速旋轉(zhuǎn)的槳葉瞬間擊碎，并在槳葉的攪拌作用下，快速而均勻地溶解到培養(yǎng)液中。未溶解的多余氣體則上浮到攪拌室上方，從氣體導(dǎo)出管排出。細胞排泄到培養(yǎng)液中的廢氣隨培養(yǎng)液進入到攪拌室內(nèi)后，在槳葉的快速攪拌作用下，可快速從培養(yǎng)液中釋放出，然后從氣體導(dǎo)出管排出。
[0022]連動桿在電機的驅(qū)動下帶動槳葉作高速旋轉(zhuǎn)，對攪拌室內(nèi)筒中的培養(yǎng)液產(chǎn)生上升力，拉動底部導(dǎo)通管內(nèi)的培養(yǎng)液從培養(yǎng)液入口進入攪拌室內(nèi)筒,實現(xiàn)了對培養(yǎng)罐內(nèi)培養(yǎng)液進行局部循環(huán)的驅(qū)動功能；氣體進入氣體導(dǎo)入口，從氣體入口到達槳葉的側(cè)下方的培養(yǎng)液中，所產(chǎn)生的氣泡會被快速旋轉(zhuǎn)的槳葉擊碎，從而實現(xiàn)了破除氣泡的功能；進入到培養(yǎng)液的氣體，在槳葉的攪拌作用下，能快速而均勻地溶解到培養(yǎng)液中，實現(xiàn)了氧在培養(yǎng)液中快速而均勻地溶解功能；培養(yǎng)液中的廢氣，在槳葉的攪拌作用下，能快速地從培養(yǎng)液中釋放分離，實現(xiàn)了促進培養(yǎng)液中廢氣的釋放分離功能。
[0023]在內(nèi)層循環(huán)系統(tǒng)的攪拌室底部、槳葉的側(cè)下方加入氣體。加入的氣體在培養(yǎng)液中產(chǎn)生的氣泡，在高速轉(zhuǎn)動的槳葉攪拌作用下，會被瞬間擊碎。槳葉在高速轉(zhuǎn)動時對不同比重的物質(zhì)所產(chǎn)生的離心力不同，由于氣體比重遠小于培養(yǎng)液的比重，培養(yǎng)液會在較大離心力的作用下向外圍分散，而少量未被及時擊碎的氣泡會在較小離心力的作用下，集中在旋渦中心區(qū)域而迅速與培養(yǎng)液分區(qū)域分布，然后向上浮出液面，從攪拌室的氣體導(dǎo)出管排出，從而有效消除了氣泡進入細胞培養(yǎng)區(qū)域后破裂時對細胞造成損害問題。氣泡被擊碎后，在高速攪拌的作用下，可以快速溶解入培養(yǎng)液中，提高氧氣在培養(yǎng)液中的溶解度，而且可以均勻地分布到培養(yǎng)中。而培養(yǎng)液中的新陳代謝廢氣，在槳葉的快速攪拌作用下，可快速從培養(yǎng)液中釋放到液面上，然后從氣體導(dǎo)出管排出。通過該氣體加注方式，可以有效提高培養(yǎng)液中氧的溶解度及其分布的均勻度，有利于培養(yǎng)液中廢氣的排出，并能有效消除氣泡進入細胞培養(yǎng)區(qū)域。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果是:
[0025]1、兼顧了細胞培養(yǎng)對生長的微環(huán)境的一對矛盾需求，即:為不過快過度稀釋細胞所釋放的促生長因子，細胞所在的微環(huán)境成分應(yīng)維持相對穩(wěn)定；為促進細胞與培養(yǎng)液間的物質(zhì)交換，細部所在的微環(huán)境應(yīng)有一定的變化，能及時補充細胞周期被細胞吸收的營養(yǎng)物質(zhì)成分，帶走細胞排泄的代謝物成分。
[0026]在生物反應(yīng)器中設(shè)計了內(nèi)、外雙層循環(huán)灌注系統(tǒng)，外層循環(huán)灌注系統(tǒng)確保培養(yǎng)罐內(nèi)培養(yǎng)液的營養(yǎng)物質(zhì)濃度維持在有利于細胞進行物質(zhì)交換的范圍內(nèi)；內(nèi)層循環(huán)灌注系統(tǒng)實現(xiàn)了固定空間內(nèi)的局部循環(huán)。在內(nèi)層循環(huán)系統(tǒng)中，采用了槳葉攪拌的流體驅(qū)動與細胞培養(yǎng)區(qū)的分區(qū)域但共室的設(shè)計技術(shù)，使得細胞培養(yǎng)區(qū)的流體運動為平緩的層流，這種固定空間內(nèi)的局部平緩層流，可確保細胞生長的微環(huán)境成分保持相對穩(wěn)定，又能有利于細胞與培養(yǎng)液間物質(zhì)交換的有效進行。
[0027]2、兼顧了含氧氣體在培養(yǎng)液中快速、均勻加注，加注氣體時產(chǎn)生氣泡的消除，以及培養(yǎng)液中廢氣的有效排出問題。
[0028]在生物反應(yīng)器內(nèi)層循環(huán)灌注系統(tǒng)中槳葉旋轉(zhuǎn)區(qū)域的培養(yǎng)液中加注氣體的方法，通過快速旋轉(zhuǎn)的槳葉，實現(xiàn)了含氧氣體在培養(yǎng)液中快速、均勻加注，加注氣體時產(chǎn)生氣泡的消除，以及培養(yǎng)液中廢氣的有效排出功能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是現(xiàn)有的灌注式生物反應(yīng)器整體示意圖。
[0030]圖2是本實用新型的整體示意圖。
[0031]圖3是本實用新型的局部放大示意圖。
【具體實施方式】
[0032]附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；為了更好說明本實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產(chǎn)品的尺寸；對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。
[0033]如圖2、3所示，一種雙層循環(huán)系統(tǒng)的灌注式生物反應(yīng)器，其中，包括培養(yǎng)罐5、設(shè)于培養(yǎng)罐5外部的外層循環(huán)系統(tǒng)、設(shè)于培養(yǎng)罐5內(nèi)部的內(nèi)層循環(huán)系統(tǒng)和氣體加注系統(tǒng)；
[0034]外層循環(huán)系統(tǒng)包括廢棄液儲存罐1、培養(yǎng)液儲存罐2、三通閥3、第一蠕動泵4A、第二螺動泵4B、培養(yǎng)液導(dǎo)入管6和培養(yǎng)液導(dǎo)出管7,培養(yǎng)液導(dǎo)入管6 —端連接培養(yǎng)罐5內(nèi)部,另一端連接第二蠕動泵4B，第二蠕動泵4B通過導(dǎo)管連接培養(yǎng)液儲存罐2 ;培養(yǎng)液導(dǎo)出管7 —端連接培養(yǎng)罐5內(nèi)部，另一端連接第一蠕動泵4A ;三通閥3包括三個出口，其第一出口連接第一蠕動泵4A，第二出口通過導(dǎo)管連接培養(yǎng)液儲存罐2，第三出口通過導(dǎo)管連接廢棄液儲存罐I ;外層循環(huán)系統(tǒng)啟動后，第二蠕動泵4B產(chǎn)生的動力將培養(yǎng)液儲存罐2中的新鮮培養(yǎng)液從培養(yǎng)液導(dǎo)入管6輸送到培養(yǎng)罐5內(nèi)，同時,第一螺動泵4A將培養(yǎng)罐5內(nèi)的舊培養(yǎng)液從培養(yǎng)液導(dǎo)出管7輸送到三通閥3處，通過控制三通閥3，可以控制培養(yǎng)液導(dǎo)出管中的培養(yǎng)液回到培養(yǎng)液儲存罐2內(nèi)，或是輸送到廢棄液儲存罐I內(nèi)。所述外層循環(huán)系統(tǒng)用來實現(xiàn)培養(yǎng)液的間歇式循環(huán)，即按照設(shè)定的間隔時間，通過蠕動泵將培養(yǎng)罐中的培養(yǎng)液進行整體更換，此時內(nèi)層循環(huán)可以同時進行，也可以停止。
[0035]內(nèi)層循環(huán)系統(tǒng)包括設(shè)于培養(yǎng)罐5內(nèi)的塔板9、底部導(dǎo)通管12、攪拌室，塔板9的底部通過底部導(dǎo)通管12與攪拌室的底部連接，內(nèi)層循環(huán)系統(tǒng)還包括固定于培養(yǎng)罐5上部的電機19、與電機19連接的連動桿20、與連動桿20固定的槳葉18，連動桿20和槳葉18設(shè)于攪拌室內(nèi)部；所述的攪拌室還開有出液口 16，出液口 16與培養(yǎng)罐5內(nèi)部連通；生物反應(yīng)器還包括塔板固定接頭8、底座10和底座固定桿11，培養(yǎng)罐5開口處設(shè)有頂蓋，塔板固定接頭8一端固定于頂蓋上，另一端固定塔板9 ;底座固定桿11 一端固定于頂蓋上，另一端固定底座10，底座10承托塔板9。攪拌室包括攪拌室底座24、設(shè)于攪拌室底座24上的攪拌室外筒15和攪拌室內(nèi)筒17 ;連動桿20和槳葉18設(shè)于攪拌室內(nèi)筒17內(nèi)，氣體導(dǎo)出管14和出液口 16設(shè)于攪拌室外筒15上部。氣體加注系統(tǒng)包括氣體導(dǎo)入管13、氣體導(dǎo)出管14，氣體導(dǎo)入管13一端設(shè)于培養(yǎng)罐5外部，另一端連接攪拌室的底部；氣體導(dǎo)出管14一端連接攪拌室的上部，另一端連接培養(yǎng)罐5外部。
[0036]內(nèi)層循環(huán)系統(tǒng)啟動后，電機19通過連動桿20帶動槳葉18進行高速旋轉(zhuǎn)，高速旋轉(zhuǎn)的槳葉18帶動槳葉區(qū)域內(nèi)的培養(yǎng)液向上向外快速甩出，使得槳葉下方區(qū)域因培養(yǎng)液的減少而壓力下降，從而可將塔板9區(qū)域的培養(yǎng)液通過底部導(dǎo)通管12吸引到槳葉下方區(qū)域。隨著槳葉18的高速旋轉(zhuǎn)而向上向外甩出的培養(yǎng)液，將沿著攪拌室內(nèi)筒、攪拌室外筒的內(nèi)壁面向上移動到達出液口 16，從出液口 16流出攪拌室，流回到塔板9區(qū)域，形成一個培養(yǎng)罐內(nèi)部的培養(yǎng)液循環(huán)流動的路線。
[0037]槳葉18高速攪拌產(chǎn)生的培養(yǎng)液湍流經(jīng)過攪拌室內(nèi)筒的阻礙緩沖作用后，再從攪拌室外筒上方的出液口 16流出時，已經(jīng)是平緩流動的層流，從而可避免快速復(fù)雜的湍流對塔板9區(qū)域的影響，使得塔板9區(qū)域的流體運動為簡單的層流，這有利于塔板9區(qū)域內(nèi)的細胞生長微環(huán)境的相對穩(wěn)定。
[0038]攪拌室底座24的圓周上開有氣體導(dǎo)入口 21，氣體導(dǎo)入口 21連接氣體導(dǎo)入管13，攪拌室內(nèi)筒17底部設(shè)有氣體入口 22，氣體入口 22與氣體導(dǎo)入口 21連通。攪拌室內(nèi)筒17底部還設(shè)有培養(yǎng)液入口 23，培養(yǎng)液入口 23與底部導(dǎo)通管12連通。[0039]含有氧氣的混合氣體(含有氧氣、二氧化碳、氮氣)從氣體導(dǎo)入管13進入攪拌室內(nèi)槳葉側(cè)下方的培養(yǎng)液中，氣體在培養(yǎng)液中產(chǎn)生的氣泡，被高速旋轉(zhuǎn)的槳葉18瞬間擊碎，并在槳葉的攪拌作用下，快速而均勻地溶解到培養(yǎng)液中。未溶解的多余氣體則上浮到攪拌室上方，從氣體導(dǎo)出管14排出。細胞排泄到培養(yǎng)液中的廢氣隨培養(yǎng)液進入到攪拌室內(nèi)后，在槳葉18的快速攪拌作用下，可快速從培養(yǎng)液中釋放出，然后從氣體導(dǎo)出管14排出。
[0040]連動桿20在電機19的驅(qū)動下帶動槳葉18作高速旋轉(zhuǎn)，對攪拌室內(nèi)筒中的培養(yǎng)液產(chǎn)生上升力，拉動底部導(dǎo)通管12內(nèi)的培養(yǎng)液從培養(yǎng)液入口 23進入攪拌室內(nèi)筒17，實現(xiàn)了對培養(yǎng)罐內(nèi)培養(yǎng)液進行局部循環(huán)的驅(qū)動功能；氣體進入氣體導(dǎo)入口 21，從氣體入口 21通過氣體入口 22到達槳葉18的側(cè)下方的培養(yǎng)液中，所產(chǎn)生的氣泡會被快速旋轉(zhuǎn)的槳葉18擊碎，從而實現(xiàn)了破除氣泡的功能；進入到培養(yǎng)液的氣體，在槳葉18的攪拌作用下，能快速而均勻地溶解到培養(yǎng)液中，實現(xiàn)了氧在培養(yǎng)液中快速而均勻地溶解功能；培養(yǎng)液中的廢氣，在槳葉的攪拌作用下，能快速地從培養(yǎng)液中釋放分離，實現(xiàn)了促進培養(yǎng)液中廢氣的釋放分離功倉泛。
[0041]顯然，本實用新型的上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非是對本實用新型的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種雙層循環(huán)系統(tǒng)的灌注式生物反應(yīng)器，其特征在于，包括培養(yǎng)罐(5)、設(shè)于培養(yǎng)罐(5)外部的外層循環(huán)系統(tǒng)、設(shè)于培養(yǎng)罐(5)內(nèi)部的內(nèi)層循環(huán)系統(tǒng)和氣體加注系統(tǒng)； 所述的外層循環(huán)系統(tǒng)包括廢棄液儲存罐(I)、培養(yǎng)液儲存罐(2)、三通閥(3)、第一蠕動泵(4A)、第二螺動泵(4B)、培養(yǎng)液導(dǎo)入管(6)和培養(yǎng)液導(dǎo)出管(7),培養(yǎng)液導(dǎo)入管(6)—端連接培養(yǎng)罐(5)內(nèi)部，另一端連接第二蠕動泵(4B)，第二蠕動泵(4B)通過導(dǎo)管連接培養(yǎng)液儲存罐(2);培養(yǎng)液導(dǎo)出管(7) —端連接培養(yǎng)罐(5)內(nèi)部，另一端連接第一蠕動泵(4A);三通閥(3)包括三個出口，其第一出口連接第一蠕動泵(4A)，第二出口通過導(dǎo)管連接培養(yǎng)液儲存罐(2)，第三出口通過導(dǎo)管連接廢棄液儲存罐(I)； 所述的內(nèi)層循環(huán)系統(tǒng)包括設(shè)于培養(yǎng)罐(5)內(nèi)的塔板(9)、底部導(dǎo)通管(12)、攪拌室，塔板(9)的底部通過底部導(dǎo)通管(12)與攪拌室的底部連接，內(nèi)層循環(huán)系統(tǒng)還包括固定于培養(yǎng)罐(5)上部的電機(19)、與電機(19)連接的連動桿(20)、與連動桿(20)固定的槳葉(18)，連動桿(20)和槳葉(18)設(shè)于攪拌室內(nèi)部；所述的攪拌室還開有出液口(16)，出液口(16)與培養(yǎng)罐(5)內(nèi)部連通； 所述的氣體加注系統(tǒng)包括氣體導(dǎo)入管(13)、氣體導(dǎo)出管(14)，氣體導(dǎo)入管(13) 一端設(shè)于培養(yǎng)罐(5)外部，另一端連接攪拌室的底部；氣體導(dǎo)出管(14) 一端連接攪拌室的上部，另一端連接培養(yǎng)罐(5)外部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙層循環(huán)系統(tǒng)的灌注式生物反應(yīng)器，其特征在于，生物反應(yīng)器還包括塔板固定接頭(8)、底座(10)和底座固定桿(11)，培養(yǎng)罐(5)開口處設(shè)有頂蓋，塔板固定接頭(8)—端固定于頂蓋上，另一端固定塔板(9);底座固定桿(11) 一端固定于頂蓋上,另一端固定底座(10 )，底座(10 )承托塔板(9 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種雙層循環(huán)系統(tǒng)的灌注式生物反應(yīng)器，其特征在于，所述的攪拌室包括攪拌室底座(24)、設(shè)于攪拌室底座(24)上的攪拌室外筒(15)和攪拌室內(nèi)筒(17);連動桿(20)和槳葉(18)設(shè)于攪拌室內(nèi)筒(17)內(nèi)，氣體導(dǎo)出管(14)和出液口(16)設(shè)于攪拌室外筒(15)上部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種雙層循環(huán)系統(tǒng)的灌注式生物反應(yīng)器，其特征在于，所述的攪拌室底座(24)的圓周上開有氣體導(dǎo)入口(21)，氣體導(dǎo)入口(21)連接氣體導(dǎo)入管(13)，攪拌室內(nèi)筒(17)底部設(shè)有氣體入口(22)，氣體入口(22)與氣體導(dǎo)入口(21)連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種雙層循環(huán)系統(tǒng)的灌注式生物反應(yīng)器，其特征在于，所述的攪拌室內(nèi)筒(17 )底部還設(shè)有培養(yǎng)液入口( 23 )，培養(yǎng)液入口( 23 )與底部導(dǎo)通管(12 )連通。
【文檔編號】C12M3/00GK203487159SQ201320289836
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年5月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月24日
【發(fā)明者】羅語溪, 高玉寶, 龔逸鴻, 蔣慶 申請人:中山大學