一種大尺寸納米氣泡式動物細胞規(guī)模化培養(yǎng)生物反應(yīng)裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型屬于生物細胞培養(yǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種大尺寸納米氣泡式動物細胞規(guī)?；囵B(yǎng)生物反應(yīng)裝置。本實用新型裝置包括大尺寸納米氣泡器、供排氣系統(tǒng)、生物反應(yīng)裝置罐體、物料系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、消泡系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。其中，生物反應(yīng)裝置罐體作為動物細胞培養(yǎng)反應(yīng)器，用于存放動物細胞培養(yǎng)液，大尺寸納米氣泡器用于產(chǎn)生納米級別大小的氣泡，提供給放動物細胞培養(yǎng)液，控制系統(tǒng)用于控制供排氣系統(tǒng)、物料系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、消泡系統(tǒng)。本實用新型解決了目前動物細胞生物反應(yīng)器難以大規(guī)模培養(yǎng)的技術(shù)瓶頸，利用納米制造技術(shù)實現(xiàn)大范圍供氧，具有低細胞破損、結(jié)構(gòu)簡單、方便實用的特點過，可廣泛應(yīng)用于動物細胞大規(guī)?；囵B(yǎng)。
【專利說明】
一種大尺寸納米氣泡式動物細胞規(guī)?；囵B(yǎng)生物反應(yīng)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于生物細胞培養(yǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大尺寸納米氣泡式動物細胞規(guī)模化培養(yǎng)生物反應(yīng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]細胞是生命的基本單位，猶如分子是物質(zhì)的基本單位一樣，細胞的功能決定了器官以及組織的功能，器官組織再構(gòu)成了生命體。例如心肌細胞構(gòu)成了心臟，成為人體不可或缺的器官。心臟的細胞本身不具備自我更新的能力，因此在面對心衰等機理性心肌細胞死亡的疾病時，心肌細胞死亡后便不再自我更新，帶來器官的細胞數(shù)量不足，導(dǎo)致心臟功能衰竭。近年來，隨著動物細胞基因工程和干細胞技術(shù)的快速發(fā)展，利用干細胞具有自我更新以及分化能力，新興的疾病治療理念就是采用注射混合干細胞來源的功能性細胞，實現(xiàn)器官的自我更新、修復(fù)。此外，這些有效的細胞療法，特別是在臨床開發(fā)應(yīng)用中，都需要大量的這類細胞，因此這些細胞規(guī)?；圃斐蔀槠仍诿冀薜膯栴}。動物細胞生物反應(yīng)裝置是動物細胞體外培養(yǎng)的關(guān)鍵設(shè)備，為動物細胞提供了一個適宜的生長環(huán)境，使之快速增殖并形成所需的生物組織制品。但是由于動物細胞在其形態(tài)結(jié)構(gòu)、培養(yǎng)方法以及所需的力學(xué)環(huán)境等方面均不同于微生物細胞，因而傳統(tǒng)的微生物反應(yīng)器顯然已不適用于動物細胞大規(guī)模培養(yǎng)。
[0003]根據(jù)研究表明動物細胞具有無細胞壁、對剪切極端敏感等特點，同時對動物細胞生長控制，還要注意防止細胞分化和細胞凋亡，這些特點要求動物細胞生物反應(yīng)器必須具有低剪切效應(yīng)，混合性能好等特點?？墒茄鯕庠谒械娜芙舛容^低，為維持在規(guī)?；篌w積培養(yǎng)液中有恒定的溶解氧，通常還得采用連續(xù)不斷地進行氣液傳質(zhì)來供氧，且氧氣泡直徑越小，氧傳質(zhì)速率越大，供氧效果越好。傳統(tǒng)的生物反應(yīng)器通常采用膜過濾器產(chǎn)生氣泡，但是產(chǎn)生的氣泡都在微米級別以上，迄今還未有納米氣泡產(chǎn)生裝置應(yīng)用于生物反應(yīng)器，這主要是由于實驗條件的限制，科學(xué)家對納米氣泡的結(jié)構(gòu)、形貌、物理特性等內(nèi)在機制還處于研究階段。但近年隨著納米制造技術(shù)的發(fā)展，研究已證明在氣液界面經(jīng)過疏水表面時，將空氣卷入可以形成納米氣泡，甚至疏水修飾的硅片在水體中其表面自發(fā)就能形成稀疏的圓形氣泡。另外關(guān)于氧氣泡的研究成果表明:宏觀級別氧氣泡(直徑毫米級別以上)，氧氣泡快速上浮液面破裂產(chǎn)生剪切力損傷細胞，并且氧氣泡直徑越小剪切力越大;但是微觀級別氧氣泡(直徑微米級別及以下)，特別是納米級氧氣泡，由于氧氣泡的比表面積大，氧氣泡中的氧氣體在水中溶解速度快，氧氣泡在水中緩慢上浮過程中變小最后完全溶解。因此如何強化供氧混合與防止細胞破損是達到動物細胞規(guī)?；囵B(yǎng)放大而迫切需要解決的問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的在于針對目前動物細胞難以大規(guī)模培養(yǎng)的技術(shù)瓶頸，結(jié)合前沿納米制造技術(shù)，提出一種大尺寸納米氣泡式動物細胞規(guī)?；囵B(yǎng)生物反應(yīng)裝置。
[0005]本實用新型提出的大尺寸納米氣泡式動物細胞規(guī)?；囵B(yǎng)生物反應(yīng)裝置，包括大尺寸納米氣泡器、供排氣系統(tǒng)、生物反應(yīng)裝置罐體、物料系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、消泡系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。所述大尺寸納米氣泡器設(shè)置于生物反應(yīng)裝置罐體內(nèi)，所述供排氣系統(tǒng)中的供氣系統(tǒng)與大尺寸納米氣泡器連通，供排氣系統(tǒng)中的排氣系統(tǒng)與生物反應(yīng)裝置罐體的上部連通；所述物料系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、消泡系統(tǒng)分別通過管道與生物反應(yīng)裝置罐體連通;所述控制系統(tǒng)分別與供排氣系統(tǒng)、物料系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、消泡系統(tǒng)連接;其中:
[0006]所述生物反應(yīng)裝置罐體作為動物細胞規(guī)模化培養(yǎng)的反應(yīng)裝置，其中放置動物細胞培養(yǎng)液；
[0007]所述供排氣系統(tǒng)中的供氣系統(tǒng)用于向納米氣泡器提供氣源;供排氣系統(tǒng)中的排氣系統(tǒng)用于排放生物反應(yīng)裝置罐體內(nèi)上部氣體；
[0008]所述大尺寸納米氣泡器用于大面積產(chǎn)生納米級別大小的氣泡，提供給生物反應(yīng)裝置罐體內(nèi)的動物細胞培養(yǎng)液；
[0009]所述物料系統(tǒng)用于實時動態(tài)補充動物細胞培養(yǎng)液營養(yǎng)物質(zhì)；
[0010]所述溫度控制系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)生物反應(yīng)裝置罐體內(nèi)動物細胞培養(yǎng)液的溫度；
[0011]所述消泡系統(tǒng)采用智能化消泡電極消除生物反應(yīng)裝置罐體內(nèi)意外泡沫；
[0012]所述控制系統(tǒng)用于控制控制供排氣系統(tǒng)、物料系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、消泡系統(tǒng)。
[0013]進一步，本實用新型:
[0014]所述的生物反應(yīng)裝置罐體包括硼硅玻璃罐體及不銹鋼罐蓋。
[0015]所述物料系統(tǒng)必要時還可用于調(diào)節(jié)生物反應(yīng)裝置罐體內(nèi)動物細胞培養(yǎng)液的PH值(比如添加一些酸、堿物質(zhì)等)。
[0016]所述的供排氣系統(tǒng)中，供氣系統(tǒng)包括氣體控制混合室、供氣管線、氣源，排氣系統(tǒng)包括自動排氣閥、排氣孔、排氣管。
[0017]所述的大尺寸納米氣泡發(fā)生器采用大于等于50毫米直徑(例如為50-200毫米)的布滿陣列納米孔的硅基板。硅基板上的納米孔直徑在10納米到800納米之間。
[0018]所述的排氣系統(tǒng)只有在生物反應(yīng)裝置罐體體內(nèi)上部氣體壓強超過設(shè)置壓強時，自動排氣閥自動開啟實現(xiàn)排放功能。
[0019]本實用新型提出的大尺寸納米氣泡式動物細胞規(guī)?；囵B(yǎng)生物反應(yīng)裝置，其優(yōu)點是:克服目前動物細胞規(guī)?；囵B(yǎng)生物反應(yīng)器難以大規(guī)模培養(yǎng)的技術(shù)不足，利用納米制造技術(shù)生成納米氣泡實現(xiàn)大范圍供氧，具有低剪切力、低細胞破損、結(jié)構(gòu)簡單、方便實用的特點，可廣泛應(yīng)用于動物細胞大規(guī)模化培養(yǎng)。
【附圖說明】
[0020]圖1本實用新型的大尺寸納米氣泡式動物細胞規(guī)?；囵B(yǎng)生物反應(yīng)裝置的總體結(jié)構(gòu)框圖。
[0021]圖2本實用新型實施例的大尺寸納米氣泡式動物細胞規(guī)模化培養(yǎng)生物反應(yīng)裝置的總體結(jié)構(gòu)框圖。
[0022]圖3本實用新型實施例的大尺寸納米氣泡器生成納米氧氣泡過程示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實施例，更具體地描述本實用新型，但不應(yīng)該被認為僅限于在此闡述的實施例。
[0024]圖1為本實用新型的大尺寸納米氣泡式動物細胞規(guī)?；囵B(yǎng)生物反應(yīng)裝置的總體結(jié)構(gòu)框圖。具體如圖2所示，包括:大尺寸納米氣泡器10、供排氣系統(tǒng)20、生物反應(yīng)裝置罐體30、物料系統(tǒng)40、溫度控制系統(tǒng)50、消泡系統(tǒng)60、控制系統(tǒng)70。
[0025]實施例1:
[0026]某型大尺寸納米氣泡式動物細胞規(guī)?；囵B(yǎng)生物反應(yīng)裝置關(guān)鍵部件說明:
[0027]生物反應(yīng)裝置罐體30內(nèi)壁直徑150毫米、高100毫米；
[0028]大尺寸納米氣泡器10采用100毫米硅片，硅片納米孔直徑500納米，納米孔與納米孔之間的距離為500納米；
[0029]供氣管道21管徑10毫米；
[0030]供排氣系統(tǒng)20通過密封式不銹鋼轉(zhuǎn)化托盤與大尺寸納米氣泡器10連接。
[0031]圖3為實施例:大尺寸納米氣泡器生成納米氧氣泡過程示意圖。首先，大尺寸納米氣泡器10將供氣管道21供給的氧氣體通過納米孔11在動物細胞培養(yǎng)液02中分解成一個個納米氧氣泡12，按納米氧氣泡流向13方向向上，由于納米氧氣泡12的比表面積大，納米氧氣泡12中的氧氣體在水中溶解速度快，納米氧氣泡12在水中緩慢上浮過程中變小，理論上大部分納米氧氣泡12在到達生物反應(yīng)裝置罐體30罐體內(nèi)的氣液界面00前即完全溶解;少許納米氧氣泡12氣液界面00前未完全溶解則進入罐體氣體區(qū)01。
【主權(quán)項】
1.一種大尺寸納米氣泡式動物細胞規(guī)模化培養(yǎng)生物反應(yīng)裝置，其特征在于包括:大尺寸納米氣泡器、供排氣系統(tǒng)、生物反應(yīng)裝置罐體、物料系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、消泡系統(tǒng)、控制系統(tǒng);所述大尺寸納米氣泡器設(shè)置于生物反應(yīng)裝置罐體內(nèi)，所述供排氣系統(tǒng)中的供氣系統(tǒng)與大尺寸納米氣泡器連通，供排氣系統(tǒng)中的排氣系統(tǒng)與生物反應(yīng)裝置罐體的上部連通;所述物料系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、消泡系統(tǒng)分別通過管道與生物反應(yīng)裝置罐體連通;所述控制系統(tǒng)分別與供排氣系統(tǒng)、物料系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、消泡系統(tǒng)連接;其中: 所述生物反應(yīng)裝置罐體作為動物細胞規(guī)?；囵B(yǎng)的反應(yīng)裝置，其中放置動物細胞培養(yǎng)液； 所述供排氣系統(tǒng)中的供氣系統(tǒng)用于向納米氣泡器提供氣源;供排氣系統(tǒng)中的排氣系統(tǒng)用于排放生物反應(yīng)裝置罐體內(nèi)上部氣體； 所述大尺寸納米氣泡器用于大面積產(chǎn)生納米級別大小的氣泡，提供給生物反應(yīng)裝置罐體內(nèi)的動物細胞培養(yǎng)液； 所述物料系統(tǒng)用于實時動態(tài)補充動物細胞培養(yǎng)液營養(yǎng)物質(zhì)； 所述溫度控制系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)生物反應(yīng)裝置罐體內(nèi)動物細胞培養(yǎng)液的溫度； 所述消泡系統(tǒng)采用智能化消泡電極消除生物反應(yīng)裝置罐體內(nèi)意外泡沫； 所述控制系統(tǒng)用于控制控制供排氣系統(tǒng)、物料系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、消泡系統(tǒng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大尺寸納米氣泡式動物細胞規(guī)模化培養(yǎng)生物反應(yīng)裝置，其特征在于所述的大尺寸納米氣泡發(fā)生器采用大于等于50毫米直徑的布滿陣列納米孔的硅基板。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大尺寸納米氣泡式動物細胞規(guī)?；囵B(yǎng)生物反應(yīng)裝置，其特征在于所述硅基板上的納米孔直徑在10納米到800納米之間。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大尺寸納米氣泡式動物細胞規(guī)?；囵B(yǎng)生物反應(yīng)裝置，其特征在于所述的供排氣系統(tǒng)中，供氣系統(tǒng)包括氣體控制混合室、供氣管線、氣源，排氣系統(tǒng)包括自動排氣閥、排氣孔、排氣管。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大尺寸納米氣泡式動物細胞規(guī)?；囵B(yǎng)生物反應(yīng)裝置，其特征在于所述的生物反應(yīng)裝置罐體包括硼硅玻璃罐體及不銹鋼罐蓋。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大尺寸納米氣泡式動物細胞規(guī)?；囵B(yǎng)生物反應(yīng)裝置，其特征在于所述的排氣系統(tǒng)只有在生物反應(yīng)裝置罐體體內(nèi)上部氣體壓強超過設(shè)置壓強時，自動排氣閥自動開啟實現(xiàn)排放功能。
【文檔編號】C12M1/38GK205576161SQ201620219832
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年3月19日
【發(fā)明人】陳志輝, 周向前, 王志敏, 劉 文
【申請人】上海產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院, 上海尤格恩生物科技有限公司