專利名稱：攪拌罐反應器系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
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：
生物反應器或者發(fā)酵器是這樣一種容器，這些容器被用于發(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)的嚴格無菌條件通常需要精密系統(tǒng)，以完成期望的產(chǎn)品體積。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)過單獨的一種中空纖維來灌注培養(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。如在第5,622,857號美國專利中公開的那樣，這種現(xiàn)有技術生物反應器的改進在于中空纖維反應器。此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)。與現(xiàn)有技術裝置相比，這類生物反應器可獲得一定程度增強的培養(yǎng)基氧合作用。然而，細胞培養(yǎng)的偶然污染和不能對pH指標有效地控制一直是個問題。
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。在第6,245,555 B1號美國專利中提供了用于生物反應器中一次性元件的實例，其中該專利描述了帶有支撐殼體的反應器腔室。該支撐罩的內(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。因為襯里在頂部敞開時，它必須用于垂直取向的生物反應器，以阻止頂板的污染。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。
另一種方案是開發(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，且只需要最少的驗證工作。例如，第5,523,228美國專利描述了一種柔軟、一次性和可透氣的細胞培養(yǎng)腔，其中該細胞培養(yǎng)腔水平地旋轉(zhuǎn)。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)，因此被限制成小容積。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無菌、一次性生物反應器(例如Wave Biotech，Bridgewater，N.J)。這種反應器由柔軟不透氣材料片制成，以形成袋子。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，以增加空氣液體接觸面。然而，由于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)物，特別是人類細胞培養(yǎng)物在更溫和條件下會生長得更好。
因此，在這個領域一直存在著開發(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
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)，其中該一次性元件例如為帶有固定軸承、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該新穎攪拌罐反應器中的使用。本發(fā)明的優(yōu)點是多方面的。具體地說，攪拌罐反應器系統(tǒng)可預先滅菌，而不需要在培養(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)物變化地就地蒸發(fā)(SIP)或者就地清潔(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)為不同于其他一次性反應器系統(tǒng)的純粹攪拌罐反應器系統(tǒng)。這提供了附加的優(yōu)點，即本發(fā)明提供了這樣的流體動力環(huán)境，其中可類似于傳統(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；設置在該袋子內(nèi)的軸；可連接到該軸上的葉輪，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；從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；設置在該袋子內(nèi)的軸；可連接到該軸上的葉輪，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)。
本發(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)包括至少一個但不限于袋子、軸、葉輪和軸承的一次性元件。
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，從而柔軟袋子內(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)。該套件還可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。


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示出了一種探頭連接，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。
具體實施例方式
a)定義和總參數(shù)提出以下定義來說明和規(guī)定在這里用于描述發(fā)明的各種術語的含義和范圍。
術語″柔軟袋子″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。優(yōu)選的是，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，并可全部是一次性的。
在說明書和權(quán)利要求書中，術語″流體培養(yǎng)基″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、生物制藥生產(chǎn)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-batchmode)或者連續(xù)模式操作。
術語″葉輪″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的培養(yǎng)基。本發(fā)明的葉輪包括但是不局限于拉什頓(Rushton)、艦船的、水翼艇、傾斜漿葉(pitched blade)以及任何其他市場上買得到的葉輪。
本發(fā)明的″流體動力″環(huán)境是指這樣的環(huán)境，其中受流體運動的影響，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。
b)攪拌罐反應器系統(tǒng)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和一次性的袋子，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，并設計成能嵌入到例如反應器殼體的固定殼內(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，它在生產(chǎn)過程中將零交叉污染與柔軟、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(4)和具有可連接葉輪(13)的攪動軸(12)。如在這里所示的那樣，攪動軸(12)和相連接的葉輪(13)位于袋子(4)內(nèi)。此外，該攪動軸(12)連接到軸承(5)上，其中該軸承可通過密封件或者O形圈封接到袋子上。包括密封件或者O形環(huán)(6)的該袋子(4)、攪動軸(12)、葉輪(13)和軸承(5)可選地為一次性的。該一次性袋子可以是柔軟的塑料袋子。該袋子(4)可通過至少一個密封件或者O形圈固定到攪動軸(12)和軸承(5)上，從而在該柔軟袋子內(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(5)和電機(1)的支撐件或者一個或者多個支架(3)上。在一個實施例中(如圖1所示)，支撐件(3)為電機和軸承座(3)，其中該攪動軸(12)的上端進一步連接到電機聯(lián)軸節(jié)(2)上。該電機聯(lián)軸節(jié)(2)連接到電機(1)上，而該電機驅(qū)動引起袋子(4)內(nèi)部的流體動力環(huán)境的攪動軸(12)和葉輪(13)的攪拌運動。該袋子(4)設計成能嵌入到例如桶或者腔的殼體(11)內(nèi)。該殼體可以是金屬桶、塑料桶、木桶、玻璃桶或者由固體材料制成的任何其它桶或者腔。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，該柔軟袋子(4)還包括頂部端口(一個或者多個)(8)、底部端口(一個或者多個)(9)以及側(cè)部端口(一個或者多個)(10)，其中柔性管(7)可與這些端口中的一個或者多個連通。
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(4)和殼體(11)之間。在另一個實施例中，加熱器容納在殼體(11)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(4)、軸承(5)、密封件或者O形圈(6)、管(7)、頂部端口(8)、底部端口(9)、側(cè)部端口(10)、軸(12)和葉輪(13)是一次性的。電機(1)、電動機聯(lián)軸節(jié)(2)、支架或電機和軸承座(3)以及殼體(11)是固定的。
C)裝置和端口攪拌罐反應器系統(tǒng)可還包括傳感器及其他裝置。在一個實施例中，袋子包括PH值傳感器和溶解氧傳感器，其中傳感器結(jié)合到該袋子內(nèi)。同樣地，傳感器可與袋子同樣是一次性的。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。可選地，這種傳感器在滅菌后能再利用。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備(例如傳感器、探頭、裝置、小囊、端口等等)的可選方法。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(也就是該袋子)內(nèi)，同時保持在袋子外部上。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，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。密封或者附著到袋子上的小囊和端口可與該袋子一起為一次性的。該袋子還可包括封接到袋子上可與該袋子一起為一次性的噴霧器(即反應器把空氣噴射到培養(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值探頭溶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液進入培養(yǎng)基供應向外采收每個端口可具有連接到端口上的柔性管，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。
可能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無菌管焊接機PALL KLEENPAK連接件利用無菌技術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)明的攪拌罐反應器系統(tǒng)。在一個實施例中(如圖2所示)，探頭(1)連接到柔軟套筒(2)或者袋子上，該柔軟套筒或袋子延伸到PALL連接件(3)的一半處。該PALL連接件(3)可連接到PALL連接件(5)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(3)、(5)包括罩(4)和過濾器(7)，以使連接部位無菌。無菌套管(6)從PALL連接件(5)的另一半伸出到攪拌罐反應器系統(tǒng)的反應器器皿(9)的反應器端口(8)。為了固定探頭，該PALL連接通過去掉罩(4)、與連接件(3，5)配合、除去過濾器(7)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(10)，探頭傳感器尖端(12)然后被推到反應器內(nèi)。探頭傳感尖端(12)接著與反應器器皿(9)內(nèi)部直接接觸。夾子(11)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(3，5)兩個半份之間形成無菌連接時，柔軟套筒(2)或者袋子被壓縮(10)，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(1)插入到PALL KLEENPAK連接件(3)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(2)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。此組件被單獨滅菌。PALL連接件(5)的另一半經(jīng)由將容納探頭的柔性管(6)連接到反應器(9)上的端口(8)。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PALL連接件，在專利的內(nèi)容在這里全部引入以參照。
D)培養(yǎng)物攪拌罐反應器系統(tǒng)設計成能容納例如生物流體、細胞培養(yǎng)基、微生物培養(yǎng)物、食品等等的流體培養(yǎng)基。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)物可以是這樣的批次培養(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、傾斜槳葉(pitched blade)或者艦船式(marine)。該攪動軸(12)可相對于殼體(11)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。控制攪拌罐反應器可通過傳統(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。
E)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。優(yōu)選的是，整個套件是一次性的。柔軟的、一次性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，使得該袋子內(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)并隨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，它可以有選擇地全部是一次性的，并通過遵循附加的說明書而易于使用。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腔或者桶一起使用。此套件預先滅菌，且不需要驗證或者清潔。該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、食品生產(chǎn)、化學試劑生產(chǎn)、生物制藥等等。
在另一個實施例中，套件包括保持可丟棄袋子的殼體或者桶。這種殼體或者桶與袋子一起配備或者分別提供。
F)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。
(i)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。該生物反應器與帶有嵌入攪動和可連接傳感器(例如pH值傳感器、溫度傳感器、溶解氧(dO2)傳感器等等)的600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600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。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)進行之間不需要清潔、滅菌、驗證或者測試。因此，該生物反應器在培養(yǎng)進行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)的設計和監(jiān)視這些功能的控制系統(tǒng)有關。這些成本在一次性生物反應器中削減掉了，同時多種產(chǎn)品可同時培養(yǎng)或者制造且這樣的操作變得更容易了。
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)的新技術平臺。
(ii)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)物中，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)。這能夠如同在任何傳統(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。
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域技術人員是顯而易見的。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，那些對本領域技術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
1.一種攪拌罐反應器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括(i)帶有至少一個開口的柔軟袋子，其中該袋子作為用于流體培養(yǎng)基的無菌容器；(ii)設置在該袋子內(nèi)的軸；(iii)可連接到所述軸上的葉輪，其中所述葉輪用來攪動流體培養(yǎng)基，以提供流體動力環(huán)境；以及(iv)連接到所述軸以及該袋子的所述開口上的軸承。
2.如權(quán)利要求1的攪拌罐系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)是一次性的。
3.如權(quán)利要求1的攪拌罐系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)是預先滅菌的。
4.如權(quán)利要求1的攪拌罐反應器系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)還包括在所述袋子外部的殼體，其中所述殼體包括至少一個容納軸承和電機的支撐件，且其中所述袋子容納在該殼體內(nèi)。
5.如權(quán)利要求4的攪拌罐反應器系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)還包括從以下組中選擇的加熱器，該組包括加熱板、蒸汽加熱套和循環(huán)流體或者水加熱器。
6.如權(quán)利要求5的攪拌罐反應器系統(tǒng)，其中所述加熱器位于所述袋子和所述殼體之間。
7.如權(quán)利要求5的攪拌罐反應器系統(tǒng)，其中所述加熱器結(jié)合到所述殼體內(nèi)。
8.如權(quán)利要求4的攪拌罐反應器系統(tǒng)，其中所述殼體還包括多個擋板和圍繞這些擋板折疊的袋子。
9.如權(quán)利要求4的攪拌罐反應器系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)還包括產(chǎn)物回路，其中液流經(jīng)過pH值傳感器和溶解氧傳感器，其中所述傳感器結(jié)合到所述殼體內(nèi)。
10.如權(quán)利要求4的攪拌罐反應器系統(tǒng)，其中所述殼體從以下組中選擇，其中該組包括金屬桶、塑料桶、木桶和玻璃桶。
11.如權(quán)利要求1的攪拌罐反應器系統(tǒng)，其中所述袋子是一次性塑料袋子。
12.如權(quán)利要求1的攪拌罐反應器系統(tǒng)，其中所述流體培養(yǎng)基從以下組中選擇，其中該組包括生物流體、細胞培養(yǎng)基、微生物培養(yǎng)物和食品。
13.如權(quán)利要求12的攪拌罐反應器系統(tǒng)，其中所述流體培養(yǎng)基是細胞培養(yǎng)基，且該系統(tǒng)以批次模式、半批次模式、補料模式或者連續(xù)模式操作。
14.如權(quán)利要求1的攪拌罐反應器系統(tǒng)，其中所述葉輪通過攪拌來攪動所述流體培養(yǎng)基。
15.如權(quán)利要求14的攪拌罐反應器系統(tǒng)，其中所述葉輪從以下組中選擇，其中該組包括拉什頓、水翼艇、傾斜漿葉或者艦船式。
16.如權(quán)利要求1的攪拌罐反應器系統(tǒng)，其中所述袋子通過至少一個密封件或者O形環(huán)固定到所述軸和軸承上，使得該袋子內(nèi)部保持無菌。
17.如權(quán)利要求16的攪拌罐反應器系統(tǒng)，其中所述密封件或者O形環(huán)固定到所述袋子上。
18.如權(quán)利要求16的攪拌罐反應器系統(tǒng)，其中所述袋子還包括pH值傳感器和溶解氧傳感器，其中所述傳感器結(jié)合到該袋子內(nèi)。
19.如權(quán)利要求16的攪拌罐反應器系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)還包括封接到所述袋子上的至少一個內(nèi)部小囊，其中該小囊包括能夠向該袋子外部敞開的一端，使得探頭能夠被插入到所述反應器中。
20.如權(quán)利要求19的攪拌罐反應器系統(tǒng)，其中所述探頭從以下組中選擇，該組包括測溫探頭、pH值探頭、溶解氣體傳感器、氧傳感器、二氧化碳傳感器、細胞團塊傳感器、營養(yǎng)素傳感器和滲透壓力計。
21.如權(quán)利要求16的攪拌罐反應器系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)還包括在所述袋子中的至少一個端口，允許裝置連接到該端口上，其中所述裝置從以下組中選擇，該組包括管、過濾器、采樣器、探頭和連接件。
22.如權(quán)利要求21的攪拌罐反應器系統(tǒng)，其中所述端口允許氣體進入所述袋子內(nèi)并從其中排出。
23.如權(quán)利要求21的攪拌罐反應器系統(tǒng)，其中所述端口允許培養(yǎng)基流入所述袋子內(nèi)并從其中排出。
24.如權(quán)利要求21的攪拌罐反應器系統(tǒng)，其中所述端口允許采樣、接種、滴定、添加化學穩(wěn)定劑和噴射。
25.一種用于制備攪拌罐反應器系統(tǒng)的方法，該方法包括(i)提供帶有至少一個開口的柔軟袋子，其中該袋子作為用于流體培養(yǎng)基的無菌容器；(ii)將其上連接有葉輪的軸插入到所述袋子內(nèi)，其中所述葉輪用來攪動流體培養(yǎng)基，以提供流體動力環(huán)境；(iii)將軸承連接到所述軸以及所述袋子的所述開口上；以及(iv)將所述袋子封接到所述軸和軸承上，使得該袋子內(nèi)部保持無菌。
26.如權(quán)利要求25的方法，其中所述攪拌罐反應器系統(tǒng)是預先滅菌的。
27.如權(quán)利要求25的方法，其中所述攪拌罐反應器系統(tǒng)是一次性的。
28.如權(quán)利要求25的方法，其中所述攪拌罐反應器系統(tǒng)包括至少一個從以下組中選擇的一次性元件，該組包括所述袋子、軸、葉輪和軸承。
29.一種套件，包括(i)如權(quán)利要求16的攪拌罐反應器系統(tǒng)；以及(ii)使用說明書。
30.如權(quán)利要求29的套件，其中所述攪拌罐反應器系統(tǒng)是一次性的。
31.如權(quán)利要求29的套件，其中所述攪拌罐反應器系統(tǒng)包括至少一個從以下組中選擇的一次性元件，該組包括所述袋子、軸、葉輪和軸承。
32.如權(quán)利要求29的套件，其中所述袋子通過至少一個密封件或者O形環(huán)固定到所述軸和軸承上，使得該袋子內(nèi)部保持無菌。
33.如權(quán)利要求29的套件，其中所述袋子還包括pH值傳感器和溶解氧傳感器，其中所述傳感器結(jié)合到所述袋子內(nèi)。
34.如權(quán)利要求29的套件，其中所述系統(tǒng)還包括封接到所述袋子上的至少一個內(nèi)部小囊，其中該小囊包括能夠向所述袋子外部敞開的一端，使得探頭能夠被插入到所述反應器中。
35.如權(quán)利要求34的套件，其中所述探頭從以下組中選擇，該組包括測溫探頭、pH值探頭、溶解氣體傳感器、氧傳感器、二氧化碳傳感器、細胞團塊傳感器、營養(yǎng)素傳感器和滲透壓力計。
36.如權(quán)利要求29的套件，其中所述系統(tǒng)還包括在所述袋子中的至少一個端口，允許裝置連接到該端口上，其中所述裝置從以下組中選擇，該組包括管、過濾器、采樣器、探頭和連接件。
37.如權(quán)利要求36的套件，其中所述端口允許氣體進入所述袋子內(nèi)并從其中排出。
38.如權(quán)利要求36的套件，其中所述端口允許培養(yǎng)基流入所述袋子內(nèi)并從其中排出。
39.如權(quán)利要求36的套件，其中所述端口允許采樣、接種、滴定、添加化學穩(wěn)定劑和噴射。
40.一種用于如權(quán)利要求1的攪拌罐反應器系統(tǒng)的袋子。
41.如權(quán)利要求40的袋子，其中所述袋子是一次性塑料袋子。
42.如權(quán)利要求40的袋子，其中所述袋子還包括從以下組中選擇的至少一個一次性元件，該組包括密封件、O形環(huán)、端口、小囊、管、過濾器、采樣器、探頭、傳感器和連接件。
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C12M1/00GK1946835SQ200580013198
公開日2007年4月11日 申請日期2005年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月27日
發(fā)明者庫爾特·T·庫納斯, 羅伯特·奧克蕾 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