細胞培養(yǎng)生物生產(chǎn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及細胞培養(yǎng)生物生產(chǎn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 動物細胞培養(yǎng)，是細胞源人用疫苗和細胞源動物用疫苗、抗體藥物以及部分重組 蛋白藥物的基礎(chǔ)。單位體積培養(yǎng)增殖的細胞數(shù)量，是上述產(chǎn)物產(chǎn)量基礎(chǔ)。盡力提高動物細 胞培養(yǎng)密度，為進一步的產(chǎn)品增產(chǎn)提供更有利條件，始終是上述產(chǎn)物產(chǎn)業(yè)化、工程化關(guān)注的 焦點。
[0003] 動物細胞培養(yǎng)，更多的是貼壁依賴細胞的培養(yǎng)，即細胞必須附著在一個適宜的表 面上生長、代謝和增殖。
[0004] 為給細胞提供生長的附著面，最初是將細胞和培養(yǎng)液置于方瓶中，方瓶平放，一個 較大的側(cè)面在下，細胞就在這個側(cè)面上生長。瓶子本身就小，利用量就很有限；瓶子6個面 只有一個面被利用，顯然利用率很低。
[0005] 后來，將細胞和培養(yǎng)液置于圓柱形瓶子（轉(zhuǎn)瓶）中，轉(zhuǎn)瓶橫放，下部部分瓶壁浸于 培養(yǎng)液中。轉(zhuǎn)瓶緩慢旋轉(zhuǎn)，貼附于瓶內(nèi)壁的細胞周期性浸潤到培養(yǎng)液中，離開培養(yǎng)液后，在 轉(zhuǎn)瓶上部仍由培養(yǎng)液液膜提供營養(yǎng)。所以轉(zhuǎn)瓶的瓶身內(nèi)壁都成為細胞生長面。單位容積所 提供的細胞生長面比用方瓶增加了 一個數(shù)量級。
[0006] 轉(zhuǎn)瓶培養(yǎng)的缺點是占地面積大、勞動強度高。
[0007] 1980年代發(fā)展出細胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器，即細胞培養(yǎng)罐。生物反應(yīng)器內(nèi)裝培養(yǎng)液中， 加入若干微載體，微載體表面即是細胞生長面。微載體以美國GE的Cytodex系列及美國 NBS的DISK為兩種典型微載體代表。Cytodex系列葡聚糖球形微載體，DISK為小塑料片支 撐的紙質(zhì)微載體。Cytodex系列提供的比表面積更大，可以達到6000 (cm)2/g。1克Cytodex I微載體約相當(dāng)于2個10L的轉(zhuǎn)瓶提供的生長面。球形微載體更容易實現(xiàn)放大生產(chǎn)。除了 Cytodex外，球形微載體還有明膠微載體、瓊脂糖微載體、殼聚糖微載體等，主要是選用生物 相容性更好的原材料來制造微載體。
[0008] 動物細胞，基本上都是好氧生長代謝，而且只能利用溶解于培養(yǎng)液的溶解氧。氧在 培養(yǎng)液中的飽和溶解度很低，37°C，常壓下只有約3~5mg/L培養(yǎng)液。所以溶解氧是細胞生 長代謝的限制因素，供氧能力是細胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器的限制因素。
[0009] 現(xiàn)有技術(shù)中，采用的反應(yīng)裝置如圖1所示的通氣攪拌式細胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器、圖2 所示的湍動床式細胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器、圖3所示的氣升式細胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器?，F(xiàn)有細胞 培養(yǎng)生物反應(yīng)器用于細胞培養(yǎng)時，可達到的最大細胞密度尚低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一是采用現(xiàn)有技術(shù)中的細胞培養(yǎng)生物反應(yīng)裝置進 行細胞培養(yǎng)時，生物反應(yīng)器中可達到的最大細胞密度低的問題。提供一種新的細胞培養(yǎng)生 物生產(chǎn)裝置，其具有生物反應(yīng)器中可達到的最大細胞密度高的優(yōu)點。
[0011] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之二是上述技術(shù)問題之一所述的細胞培養(yǎng)生物生產(chǎn) 裝置在需氧生物細胞培養(yǎng)中的應(yīng)用。
[0012] 為解決上述技術(shù)問題之一，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：細胞培養(yǎng)生物生產(chǎn)裝置，包括 細胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器、培養(yǎng)液增氧塔13 ;
[0013] 所述反應(yīng)器具有反應(yīng)器進料口 1、反應(yīng)器取樣口 2、反應(yīng)器接種口 4 ;反應(yīng)器排氣口 6〇
[0014] 所述增氧塔13內(nèi)部具有如下布置：上部空間設(shè)置液體分布器14、下部設(shè)置有與增 氧氣體入口相連通的增氧塔氣體分布器16,液體分布器14和增氧塔氣體分布器16之間設(shè) 置填料層15 ;所述增氧塔頂部具有增氧塔尾氣排放口 12 ;
[0015] 所述生產(chǎn)裝置具有從所述反應(yīng)器內(nèi)取出液體物料并輸送至所述增氧塔頂部與液 體分布器14相通的增氧塔進料通道I ;
[0016] 所述生產(chǎn)裝置具有從所述增氧塔底部取出液體物料并輸回所述反應(yīng)器的液體物 料回輸通道II。
[0017] 所述增氧氣是指可以提供需氧細胞培養(yǎng)所需氧氣的任何氣體，例如純氧、空氣、氮 氣氧氣混合物、氧氣二氧化碳混合物，氧氣氮氣二氧化碳混合物等等。優(yōu)先使用空氣與二氧 化碳混合氣體。
[0018] 通道I和通道II采用的輸送動力的來源和種類沒有特別要求，在本發(fā)明說明書記 載的基礎(chǔ)上本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠合理選擇。例如通道I和通道II之一可以采用反應(yīng)器和 增氧塔的位置高低使得其中一個通道通過液位差提供輸送動力，而另一個通道的輸送動力 需要借助于輸送泵或壓力罐或真空泵。例如通過調(diào)高增氧塔的高度或者調(diào)低反應(yīng)器的高度 的方法可以實現(xiàn)通道II的輸送動力來自液位差，而通道I借助輸送泵；或者通過調(diào)低增氧 塔的高度或者調(diào)高反應(yīng)器的高度的方法可以實現(xiàn)通道I的輸送動力來自液位差，而通道II 借助輸送泵。還可以通道I和通道II均采用輸送泵等提供輸送動力。本發(fā)明裝置的放料 口沒有特別限制，可以設(shè)置在反應(yīng)器（例如反應(yīng)器的放料口 5)，也可以設(shè)置在通道I，當(dāng)通 道I設(shè)置輸送泵時可將放料口設(shè)置在鄰近輸送泵的出口端（例如圖4~9所示裝置的放料 口 11)。
[0019] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，所述通道I設(shè)置輸送泵10。
[0020] 上述技術(shù)方案中，優(yōu)選所述通道I在所述反應(yīng)器和輸送泵10之間設(shè)置細胞分離器 17,所述細胞分離器為固液分離器，所述固液分離器的進料口與通道I的近反應(yīng)器方向相 接；所述固液分離器具有輕物料輸出口和重物料輸出口，所述輕物料輸出口與輸送泵10的 進料口連接，所述重物料輸出口輸回所述反應(yīng)器。
[0021] 所述的固液分離器沒有特別限制，例如可以采用旋液分離器，也可以采用沉降器 等。所述的沉降器可以用斜管沉降器，此時固液分離器的進料口和重物料輸出口合并為共 用口并與通道I的近反應(yīng)器方向相接。斜管沉降器可以是具有或者不具有擴張管的斜管沉 降器，但為達到更好的分離目的優(yōu)先采用有擴張管的斜管沉降器。所述輕物料也即是貧含 細胞的物料，所述重物料也即是富含細胞的物料。
[0022] 上述技術(shù)方案中，優(yōu)選所述通道I在輸送泵10和增氧塔13之間設(shè)置細胞碎片分 離器18。本發(fā)明裝置在細胞培養(yǎng)過程中，借此細胞碎片分離器18將培養(yǎng)過程中產(chǎn)生的細胞 碎片從液態(tài)物料中除去，凈化生物反應(yīng)器的培養(yǎng)環(huán)境。
[0023] 上述技術(shù)方案中，所述反應(yīng)器自身可以不帶混合機構(gòu)。
[0024] 上述技術(shù)方案中，所述的反應(yīng)器自身可以帶有混合機構(gòu)3, 7~9。所述混合機構(gòu)包 括但不限于攪拌槳混合機構(gòu)、氣升式混合機構(gòu)，湍動式混合機構(gòu)。例如所述的反應(yīng)器為攪拌 式反應(yīng)器；再例如所述的反應(yīng)器為具有從反應(yīng)器的底部進行通氣的細胞培養(yǎng)攪拌式生物反 應(yīng)器；再例如所述的反應(yīng)器為湍動床式細胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器或氣升式細胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器 等等。
[0025] 上述技術(shù)方案中，對增氧塔內(nèi)的填料層15中填料的材質(zhì)和形狀沒有特別限制，均 可以采用現(xiàn)有技術(shù)中已有的那些。例如可選填料的材質(zhì)可以為但不限于316L不銹鋼、高硼 玻璃、聚四氟乙烯；填料的形狀可以是但不限于波紋板、絲網(wǎng)、鞍狀、拉西環(huán)、泡罩板、篩板、 纖維堆積體等。
[0026] 本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，在通道I和/或通道II使用輸送泵的場合，為了降低在細 胞培養(yǎng)過程中流量的波動，從而有利于培養(yǎng)過程更平穩(wěn)地運行，還可以在相應(yīng)的通道中設(shè) 置中間槽，使中間槽與輸送泵的入口相連通；本領(lǐng)域技術(shù)人員還知道，為了提高增氧塔的生 產(chǎn)負荷，還可以為增氧塔自身建立循環(huán)回路。為了監(jiān)測裝置運行過程中裝置內(nèi)的液體的pH 值考慮，可在裝置內(nèi)任何可接觸培養(yǎng)液的地方設(shè)置pH檢測裝置，從而為精細控制培養(yǎng)過程 中的pH環(huán)境；為了更方便監(jiān)測細胞培養(yǎng)過程中反應(yīng)器內(nèi)的培養(yǎng)液的溶解氧濃度，還可以在 反應(yīng)器上設(shè)置溶解氧電極，從而有利于調(diào)節(jié)溶解氧濃度；為了更方便監(jiān)測細胞培養(yǎng)過程中 反應(yīng)器內(nèi)的培養(yǎng)液的溫度，還可以在反應(yīng)器上設(shè)置溫度電極，從而有利于調(diào)節(jié)反應(yīng)器內(nèi)培 養(yǎng)液的溫度；為監(jiān)測裝置運行過程中裝置內(nèi)由于液體與氣體混合造成的泡沫情況，還可以 在在生物反應(yīng)器設(shè)置消泡電極，從而有利于通過適時加入適量的消泡劑將裝置內(nèi)的泡沫控 制在較小的范圍內(nèi)；為了更方便監(jiān)測細胞培養(yǎng)過程中反應(yīng)器內(nèi)的壓力，還可以在反應(yīng)器上 設(shè)置壓力表；為了將反應(yīng)器中所有物料排空，可以采用多種方法實現(xiàn)，但為了更加方便地 進行排空操作，可以設(shè)置專門用于排空物料的物料排空口，從而能夠?qū)⒎磻?yīng)器最底部的物 料排空，而反應(yīng)器上的物料排空口的位置也沒有特別要求，例如可以設(shè)置在反應(yīng)器頂部而 通過管道直達反應(yīng)器內(nèi)的最底部物料，當(dāng)然還可以把物料排空口設(shè)置在反應(yīng)器的最底部位 置；等等。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，為了達到本發(fā)明的目的，并非上述部件都是必須的，例如當(dāng) 本發(fā)明裝置不包括pH檢測裝置或溶解氧電極時，也可以通過反應(yīng)器物料的取樣，然后在裝 置外測試所取樣品的pH或溶解氧濃度，從而再反過來根據(jù)測定值調(diào)整反應(yīng)內(nèi)的pH或溶解 氧濃度，等等。
[0027] 本發(fā)明實施例和比較例中，使用了 pH檢測裝置和溶解氧電極等，但未在相應(yīng)的說 明書附圖中標(biāo)出。
[0028] 本發(fā)明中【具體實施方式】和實施例中所涉及的溶解氧濃度，以相對飽和溶解度來表 示，剛經(jīng)過121°C滅菌后降溫到所需培養(yǎng)溫度（36. 8°C ±0. 2°C )的培養(yǎng)液，溶解氧電極測到 的溶解氧濃度信號作為〇%，然后通增氧氣體至溶解氧達飽和，溶解氧的濃度不再增加，此 時溶解氧電極電信號走平，此時溶解氧濃度作為100%。溶解氧濃度可以控制在10%以上， 例如10~100%，更常用的是控制在40%以上，例如40~100%。本發(fā)明實施例中反應(yīng)器 內(nèi)的溶解氧濃度均控制在