專(zhuān)利名稱(chēng)：生物反應(yīng)器及其控制系統(tǒng)和方法
生物反應(yīng)器及其控制系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種生物反應(yīng)器及其控制系統(tǒng)和方法。背景技術(shù)：
肝功能衰竭是各種肝病的終末期表現(xiàn)，患者病情危重，病死率高，預(yù)后極差。肝臟 移植手術(shù)是目前公認(rèn)的最為有效的治療方法，但由于供體缺乏、技術(shù)難度高等原因，極大地 限制了肝移植手術(shù)的廣泛開(kāi)展。以體外培養(yǎng)肝細(xì)胞為基礎(chǔ)的生物人工肝等治療手段的出 現(xiàn)，有望像人工腎曾使腎衰竭治療產(chǎn)生革命性變化一樣，為肝衰竭的現(xiàn)代治療提供有效手 段，然而，如何合理設(shè)計(jì)新型生物反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)體外肝細(xì)胞的長(zhǎng)期大規(guī)模培養(yǎng)，仍是目前強(qiáng) 烈限制生物人工肝發(fā)展的瓶頸問(wèn)題，也是目前亟待解決的重要課題。生物反應(yīng)器是生物人工肝的核心部分，其性能直接關(guān)系到人工肝的支持效果。目 前研究及應(yīng)用的眾多生物反應(yīng)器主要分為以下幾種類(lèi)型，雖然已有部分生物人工肝生物反 應(yīng)器已進(jìn)入臨床實(shí)驗(yàn)，但目前仍未有一種理想的生物反應(yīng)器可充分滿足臨床運(yùn)用需要1、中空纖維型生物反應(yīng)器是目前研究及應(yīng)用最為廣泛的一類(lèi)反應(yīng)器。其優(yōu)點(diǎn) 是異種蛋白可以隔離，同時(shí)防止人體內(nèi)針對(duì)異種細(xì)胞抗原的預(yù)存抗體對(duì)裝載細(xì)胞的殺傷作 用。因而比較適合異種細(xì)胞類(lèi)(如豬肝細(xì)胞)生物反應(yīng)器。目前該反應(yīng)器仍存在以下問(wèn) 題(1)容積有限，細(xì)胞裝載量小，培養(yǎng)液與肝細(xì)胞交換面積有限，不利于體外規(guī)?；瘮U(kuò)增； (2)半透膜的側(cè)孔易被細(xì)胞團(tuán)堵塞，影響交換效率，亦不利于肝細(xì)胞的功能與活力的長(zhǎng)期有 效維持；因此中空纖維型生物反應(yīng)器不是最佳的生物人工肝生物反應(yīng)器。2、平板生物反應(yīng)器該類(lèi)反應(yīng)器是將肝細(xì)胞直接種植于平板上，它的優(yōu)點(diǎn)是細(xì)胞 分布均勻，微環(huán)境一致，但表面積與體積之比下降，反應(yīng)器細(xì)胞為單層培養(yǎng)，不能長(zhǎng)期有效 存活并保持功能與活性，且不易放大，無(wú)法達(dá)到臨床要求。3、微囊懸浮生物反應(yīng)器該生物反應(yīng)器是將肝細(xì)胞用一種半透膜材料包裹，制成 多孔微囊，然后進(jìn)行灌注培養(yǎng).其優(yōu)點(diǎn)是所有細(xì)胞有相同的微環(huán)境，有大量細(xì)胞培養(yǎng)的空 間，減少免疫反應(yīng)的發(fā)生.缺點(diǎn)是由于半透膜的存在以及肝細(xì)胞間的相互聚集，導(dǎo)致囊內(nèi) 外物質(zhì)能量的交換受限。此外，Hoshiba[ll]等研究亦表明，肝細(xì)胞為貼壁依賴性細(xì)胞，如 失去對(duì)支架材料的貼附，可促發(fā)細(xì)胞發(fā)生凋亡。因此，這類(lèi)生物反應(yīng)器亦不是體外規(guī)?；?養(yǎng)肝細(xì)胞的最佳選擇。4、攪拌式生物反應(yīng)器是一類(lèi)開(kāi)發(fā)較早且在研究和生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛的灌注床/支 架生物反應(yīng)器。該反應(yīng)器是通過(guò)攪拌來(lái)使細(xì)胞及支架材料達(dá)到懸浮狀態(tài)，在罐體頂端還裝 有傳感器，可連續(xù)監(jiān)測(cè)培養(yǎng)物的溫度、PH、p02、葡萄糖消耗等參數(shù)，其最大優(yōu)點(diǎn)是能培養(yǎng)各 種類(lèi)型的動(dòng)物細(xì)胞、培養(yǎng)工藝容易放大，但這種生物反應(yīng)器也有美中不足之處，即機(jī)械攪拌 會(huì)產(chǎn)生一定剪切力，容易對(duì)細(xì)胞造成較大程度上的損傷，因而限制了其進(jìn)一步的運(yùn)用。鑒于對(duì)目前各種類(lèi)型生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)思路的分析，有必要借鑒一些現(xiàn)有技術(shù)來(lái)進(jìn) 行優(yōu)化。請(qǐng)參閱1999年11月23日公開(kāi)的US5989913號(hào)專(zhuān)利申請(qǐng)，其公開(kāi)的一種培養(yǎng)器，該培養(yǎng)器包括一筒形器皿，具有第一和第二端壁和置于該兩個(gè)端壁之間的一筒形壁，一入 口，一出口，及第一和第二過(guò)濾器，所述第一和第二過(guò)濾器具有多個(gè)開(kāi)口，該開(kāi)口允許液體 培養(yǎng)基和細(xì)胞代謝廢料通過(guò)并阻止細(xì)胞和細(xì)胞簇通過(guò)；一培養(yǎng)室，由所述筒形壁、第一和第 二端壁，以及所述第一和第二過(guò)濾器共同定義，該培養(yǎng)室具有一通透的縱長(zhǎng)軸；一裝置，用 于圍繞水平的縱長(zhǎng)軸旋轉(zhuǎn)該筒形器皿；一泵，用于維持液態(tài)培養(yǎng)基脈流通過(guò)該培養(yǎng)室。目前由美國(guó)航空航天局(NASA)設(shè)計(jì)并應(yīng)用于微重力生命科學(xué)領(lǐng)域的旋轉(zhuǎn)培養(yǎng) 系統(tǒng)(RCCS)，經(jīng)過(guò)近二十幾年的相關(guān)研究，已成功廣泛地運(yùn)用于兔角膜細(xì)胞、骨骼肌細(xì)胞、 成骨細(xì)胞等多個(gè)組織工程領(lǐng)域中。其系列產(chǎn)品中的最新成員旋轉(zhuǎn)灌注微重力生物反應(yīng)器 (RCMW)，具有與前述US5989913號(hào)專(zhuān)利申請(qǐng)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，可通過(guò)培養(yǎng)容器水平旋轉(zhuǎn)來(lái)達(dá)到 使容器中的微載體與細(xì)胞克服重力而達(dá)到懸浮狀態(tài)，并通過(guò)外置蠕動(dòng)泵來(lái)實(shí)現(xiàn)容器內(nèi)氧 氣、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與代謝產(chǎn)物的雙向循環(huán)。但是，本申請(qǐng)人在前期運(yùn)用該生物反應(yīng)器的過(guò)程中發(fā) 現(xiàn)，該反應(yīng)器目前仍存在營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)不足、灌注不均一及易堵塞等瓶頸問(wèn)題，主要表現(xiàn)在首先，培養(yǎng)器皿內(nèi)雙向物質(zhì)交換效率低由于培養(yǎng)器皿內(nèi)部的縱長(zhǎng)軸的出口及入 口均被濾膜所包覆，導(dǎo)致一部分培養(yǎng)基穿過(guò)濾膜后與膜外培養(yǎng)室內(nèi)的培養(yǎng)基進(jìn)行養(yǎng)分和氧 氣的交換，實(shí)現(xiàn)“有效循環(huán)”;另一部分培養(yǎng)基則以濾膜與該縱長(zhǎng)軸之間的間隙為通道，直接 流出培養(yǎng)器皿之外，不能完成養(yǎng)分和氧氣交換的功能，會(huì)導(dǎo)致培養(yǎng)器皿內(nèi)的細(xì)胞組織營(yíng)養(yǎng) 供應(yīng)不足，成為“無(wú)效循環(huán)”。其次，培養(yǎng)容器內(nèi)灌注不均一，存在死腔在RCMW循環(huán)模式中，增大濾膜的通透性 有助于提高濾膜外循環(huán)，減少“無(wú)效循環(huán)”，但由于培養(yǎng)容器中央(轉(zhuǎn)動(dòng)軸線處)的液體壓力 低于其外周的液體壓力，使培養(yǎng)容器中央的培養(yǎng)基流速及更換速率較快，容器外周培養(yǎng)基 流速及更換速率較慢，導(dǎo)致容器內(nèi)的灌注不均一，在培養(yǎng)容器外周形成死腔。再者，在RCMW循環(huán)模式中，由于培養(yǎng)容器內(nèi)液體循環(huán)流向單一，培養(yǎng)液出口面積 小且位置集中(出口為4個(gè)小側(cè)孔)，從而造成細(xì)胞及微載體在出口位置堵塞的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的首要目的在于提供一種能克服灌注死腔的生物反應(yīng)器；本發(fā)明的另一目的在于提供一種能增強(qiáng)參與反應(yīng)的兩種流體進(jìn)行交換時(shí)的交換 效率和均勻程度，以及克服交換時(shí)存在的死腔和堵塞等不足的生物反應(yīng)器控制系統(tǒng)；本發(fā)明的再一目的在于提供一種與前一目的所述的控制系統(tǒng)相應(yīng)的生物反應(yīng)器 控制方法。為實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種生物反應(yīng)器，包括筒體、芯軸及濾膜，筒體具有兩端壁和與該兩端壁連成一體的柱壁，兩端壁與柱壁共同定義一反應(yīng)室以提供給溶合了第一物質(zhì)的第一流體和溶合了第 二物質(zhì)的第二流體進(jìn)行反應(yīng)，芯軸橫貫筒體的兩端壁設(shè)置，芯軸兩端分別形成供第二流體 進(jìn)入該反應(yīng)室的入口通路和供第二流體自反應(yīng)室流出的出口通路，該濾膜包覆該芯軸，以 阻止第一物質(zhì)、允許第二物質(zhì)通過(guò)，濾膜與芯軸之間形成有縫隙，所述濾膜至少一處被結(jié)扎 件所結(jié)扎以將所述縫隙分開(kāi)為互不連通的多個(gè)隙區(qū)以阻止第二流體進(jìn)入入口通路后直接 經(jīng)該縫隙到達(dá)出口通路流出。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該結(jié)扎件呈圓環(huán)狀，直接將濾膜與芯軸相箍緊。較佳的，該結(jié)扎件位于芯軸中央設(shè)置。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，該結(jié)扎件呈帶軸孔的圓餅狀，套設(shè)在濾膜外周以使濾膜與芯軸相箍緊。較佳的，該結(jié)扎件靠近所述入口通路處設(shè)置。在本發(fā)明的再一實(shí)施例中，存在兩個(gè)或兩個(gè)以上的所述結(jié)扎件，設(shè)置于濾膜多處， 以將所述縫隙相應(yīng)分隔為三個(gè)或三個(gè)以上的隙區(qū)，所述出口通路連通其相應(yīng)側(cè)的至少一個(gè) 隙區(qū)以使反應(yīng)室內(nèi)的第二流體經(jīng)該隙區(qū)流出，所述出口通路分別連通其余至少一個(gè)隙區(qū)以 使第二流體經(jīng)該些隙區(qū)進(jìn)入反應(yīng)室。本發(fā)明的對(duì)應(yīng)于所述出口通路的一個(gè)隙區(qū)，在該隙區(qū)所對(duì)應(yīng)的濾膜與芯軸之間， 套設(shè)有網(wǎng)片筒，網(wǎng)片筒上設(shè)置有若干網(wǎng)孔。此外，本發(fā)明所述筒體設(shè)有取樣口和加樣口。一種生物反應(yīng)器控制系統(tǒng)，其包括如前所述的生物反應(yīng)器；用于儲(chǔ)存溶合了第二物質(zhì)的第二流體的儲(chǔ)料瓶；用于維持儲(chǔ)料瓶中的第二流體通過(guò)該生物反應(yīng)器的反應(yīng)室并回到儲(chǔ)料瓶以構(gòu)成 循環(huán)回路的動(dòng)力泵；用于驅(qū)動(dòng)所述生物反應(yīng)器繞其芯軸旋轉(zhuǎn)的電機(jī)。該控制系統(tǒng)還包括用于切換所述循環(huán)回路流向的流向控制器。以及包括氧合器， 用于將氧氣提供源所提供的氧氣與所述循環(huán)回路中的第二流體相合成。該氧合器包括一筒體，筒體具有筒墻和兩個(gè)端墻及由它們所定義的合成腔，合成 腔內(nèi)設(shè)有由多條中空纖維并排組成的纖維組，該纖維組的縱長(zhǎng)方向的兩側(cè)與合成腔粘固以 在兩處粘固部位間形成供第二流體通過(guò)的液流室，各中空纖維的中空內(nèi)腔共同形成供氧氣 通過(guò)的氣流室，筒體上設(shè)有連通該氣流室的進(jìn)氣口和出氣口，且設(shè)有連通該液流室的進(jìn)液 口和出液口。所述進(jìn)液口和出液口處的截面設(shè)有緩沖板以使第二流體呈現(xiàn)以非直線通路進(jìn) 入液流室。一種使用如前所述的生物反應(yīng)器的生物反應(yīng)器控制方法，其包括如下步驟為生物反應(yīng)器的反應(yīng)室預(yù)盛裝溶合了第一物質(zhì)的第一流體；準(zhǔn)備溶合了第二物質(zhì)的第二流體；同時(shí)進(jìn)行的如下并行步驟提供動(dòng)力以使所述第二流體經(jīng)生物反應(yīng)器的入口通路進(jìn)入其反應(yīng)室，在反應(yīng)室中 與第一流體進(jìn)行反應(yīng)，再經(jīng)生物反應(yīng)器的出口通路回流，形成循環(huán)回路；提供動(dòng)力使生物反應(yīng)器繞其芯軸旋轉(zhuǎn)以使其反應(yīng)室中的第一流體與第二流體均 勻充分反應(yīng)；在循環(huán)回路中將氧氣與第二流體相溶合；等時(shí)間間隔地切換循環(huán)回路中的第二流體的流向。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具備如下優(yōu)點(diǎn)首先，本發(fā)明通過(guò)改進(jìn)生物反應(yīng)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使得反應(yīng)器內(nèi)部濾膜與芯軸之間 的縫隙被結(jié)扎，第二流體不會(huì)從入口通路進(jìn)入反應(yīng)器后直接經(jīng)該縫隙向出口通路逃逸，而 能先經(jīng)反應(yīng)室后再經(jīng)出口通路流出，這樣便杜絕了 “無(wú)效循環(huán)”的現(xiàn)象，能夠增強(qiáng)反應(yīng)器內(nèi) 第一流體與第二流體之間的交換效率。其次，在杜絕“無(wú)效循環(huán)”的基礎(chǔ)上，通過(guò)將該結(jié)扎位置靠近入口通路處設(shè)置，使得第二流體經(jīng)入口通路進(jìn)入反應(yīng)室后，能被該結(jié)扎件阻擋而繞開(kāi)結(jié)扎件經(jīng)結(jié)扎件的外周進(jìn)入 反應(yīng)室的較大區(qū)域，第二流體的脈流繞開(kāi)結(jié)扎件后，即以內(nèi)輻射式向該較大區(qū)域擴(kuò)散，并逐 漸收攏最終進(jìn)入出口通路流出反應(yīng)器之外，如此可使得反應(yīng)室內(nèi)部各處第一流體與第二流 體的交換更為均一，克服死腔問(wèn)題。再次，本發(fā)明進(jìn)一步通過(guò)多處結(jié)扎的方式將反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)室分為多個(gè)反應(yīng)區(qū)， 結(jié)合出口通路與各個(gè)反應(yīng)區(qū)的連通關(guān)系，使得每個(gè)反應(yīng)區(qū)均可獨(dú)立完成第一流體與第二流 體的交換，而各反應(yīng)區(qū)之間又通過(guò)外周相連通，通過(guò)這樣的方式同樣可以使得整個(gè)反應(yīng)室 內(nèi)，第一流體與第二流體之間的交換或反應(yīng)更加充分。繼而，通過(guò)結(jié)合本發(fā)明提出的控制系統(tǒng)和控制方法，尤其是采用雙向灌注的方式 作用于本發(fā)明的生物反應(yīng)器，使得其能進(jìn)一步保證反應(yīng)室內(nèi)兩種流體的充分交換，不會(huì)僅 積聚在反應(yīng)室的一端。還有，通過(guò)進(jìn)一步為生物反應(yīng)器提供置于濾膜和芯軸之間的網(wǎng)片筒，而網(wǎng)片筒上 形成的多個(gè)網(wǎng)孔是第二流體進(jìn)入出口通路之前的出口，將進(jìn)入出口通路之前的第二流體分 散經(jīng)多個(gè)出口進(jìn)入出口通路，這樣，在反應(yīng)室這一側(cè)的直徑相對(duì)較大的第一物質(zhì)及其第一 流體不會(huì)僅積聚在一個(gè)出口處，這樣便不會(huì)造成第一物質(zhì)在出口通路處的堵塞，保證生物 反應(yīng)器控制系統(tǒng)的正常工作。此外，改進(jìn)了結(jié)構(gòu)的氧合器，使得流經(jīng)其中的氧氣能充分與循環(huán)回路中的第二流 體進(jìn)行溶合，且可以結(jié)合相應(yīng)的控制手段對(duì)進(jìn)入該種氧合器的供氧量進(jìn)行有效控制，無(wú)疑， 對(duì)實(shí)現(xiàn)生物反應(yīng)器控制系統(tǒng)的量化管理有較大的助益。

圖1和圖2為本發(fā)明的不同實(shí)施例的生物反應(yīng)器的縱剖圖，示出其內(nèi)部結(jié)構(gòu)；圖3為圖2的生物反應(yīng)器的改型，增加了網(wǎng)片筒；圖4為圖3中A部分放大圖；圖5a、圖5b、圖5c及圖5d為圖3中網(wǎng)片筒展開(kāi)時(shí)的示意圖，以示出其不同形成的 網(wǎng)孔；圖6為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的生物反應(yīng)器的縱剖圖，示出其內(nèi)部結(jié)構(gòu)；圖7為圖6中B部分放大圖；圖8為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的生物反應(yīng)器控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，其同時(shí)采用兩 種氧合器；圖9為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的生物反應(yīng)器控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，其僅采用圖8 所示的一種氧合器；圖10為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的生物反應(yīng)器控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，其采用不同 于圖8所示實(shí)施例的另一種氧合器；圖11為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的生物反應(yīng)器控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，其與圖10的區(qū)別僅在于循環(huán)回路中第二流體的流向不同；圖12為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的氧合器的縱剖圖，示出其內(nèi)部結(jié)構(gòu)；圖13為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的流向控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理示意圖。
具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明本發(fā)明所稱(chēng)的第一流體與第二流體之間能發(fā)生生化反應(yīng)，在需要進(jìn)行生化反應(yīng)的兩種流體中，流體之一與流體之二發(fā)生生化反應(yīng)后，其中之一可以成為目標(biāo)物，該目標(biāo)物即 為已達(dá)到某種制備或治療的目的的對(duì)象。所進(jìn)行的生化反應(yīng)，更具體的說(shuō)法，是由于第一流 體所溶合或存在的第一(類(lèi))物質(zhì)與第二流體所溶合或存在的第二(類(lèi))物質(zhì)相互之間發(fā) 生反應(yīng)。例如，在模擬生物人工肝時(shí)的細(xì)胞培養(yǎng)階段，先在生物反應(yīng)器中灌注溶合了待培 養(yǎng)細(xì)胞的培養(yǎng)基作為第一流體，其中的第一物質(zhì)即為細(xì)胞，再令溶合了養(yǎng)分(氨基酸、葡萄 糖等)和氧氣的培養(yǎng)基作為第二流體通過(guò)該生物反應(yīng)器，以對(duì)生物反應(yīng)器中的待細(xì)胞進(jìn)行 培養(yǎng)，其中的養(yǎng)分和氧氣即為第二(類(lèi))物質(zhì)。又例，在模擬生物人工肝時(shí)的治療階段，在 生物反應(yīng)器中灌注的第一流體為包含健康細(xì)胞的人體健康血液，健康細(xì)胞成為此處的第一 (類(lèi))物質(zhì)，而通過(guò)該生物反應(yīng)器的第二流體則為患者血液，患者血液中的代謝廢料及毒素 此時(shí)成為第二(類(lèi))物質(zhì)，在與第一流體溶合時(shí)，代謝廢料與毒素均被健康血液細(xì)胞所吞 噬，從生物反應(yīng)器中流出的第二流體將成為相對(duì)健康的血液。以上兩例，共同揭示本發(fā)明的 生物反應(yīng)器內(nèi)部所進(jìn)行的兩種生化反應(yīng)，均是利用細(xì)胞機(jī)理所實(shí)施。同理，本領(lǐng)域技術(shù)人員 應(yīng)當(dāng)知曉，本發(fā)明的生物反應(yīng)器也可以應(yīng)用于其它生化反應(yīng)的場(chǎng)合。由以上兩例可以看出，本發(fā)明的第一流體與第二流體一般具有相同的成分，例如 前述的培養(yǎng)基，而第二流體在經(jīng)過(guò)生物反應(yīng)器前后的成分會(huì)有所變化，主要表現(xiàn)在第二物 質(zhì)(養(yǎng)分和/或氧氣)會(huì)與反應(yīng)室內(nèi)的第一物質(zhì)(細(xì)胞)發(fā)生生化反應(yīng)而導(dǎo)致第二物質(zhì)的 量變或消失，而且其中的共有部分如培養(yǎng)基也可能在第一流體與第二流體之間已發(fā)生過(guò)交 換。當(dāng)?shù)诙黧w初始提供時(shí)，其第二物質(zhì)僅包括一些養(yǎng)分，當(dāng)向該第二流體中溶入了氧氣之 后，則其第二物質(zhì)便同時(shí)包括養(yǎng)分與氧氣，當(dāng)?shù)诙黧w自生物反應(yīng)器流出時(shí)，其中的部分第 二物質(zhì)已銳減甚至消失?？梢?jiàn)，作為動(dòng)力學(xué)概念，成分的變化不應(yīng)影響對(duì)本發(fā)明不同“流體” 的理解。本發(fā)明以下將以前述第一例為主進(jìn)行描述，也即，采取溶合了待培養(yǎng)細(xì)胞的培養(yǎng) 基作為第一流體，采取包含了養(yǎng)分和氧氣的培養(yǎng)基作為第二流體，由此，下述生物反應(yīng)器中 的反應(yīng)室也可稱(chēng)之為培養(yǎng)室，以便其命名更符合本領(lǐng)域技術(shù)人員的習(xí)慣。請(qǐng)先參閱圖8至圖11，各圖中揭示了本發(fā)明的生物反應(yīng)器控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，該控 制系統(tǒng)包括生物反應(yīng)器50、電機(jī)56、流向控制器55、動(dòng)力泵54、氧合器52，53以及儲(chǔ)料瓶 51，這些部件共同構(gòu)成一循環(huán)回路。以下詳細(xì)揭示生物反應(yīng)器控制系統(tǒng)的各個(gè)組成部分。所述的生物反應(yīng)器50，在本發(fā)明中揭示了多種實(shí)施方式，首先請(qǐng)參閱圖1所揭示 的第一種實(shí)施方式，該生物反應(yīng)器50整體呈筒形，其包括筒體1、芯軸3及濾膜2。筒體1具有兩端壁11，12和與該兩端壁11，12連成一體的柱壁13，兩端壁與該柱 壁13共同定義一反應(yīng)室10以提供給溶合了細(xì)胞的培養(yǎng)基(第一流體)和溶合了養(yǎng)分及氧 氣的培養(yǎng)基(第二流體)進(jìn)行生化反應(yīng)。芯軸3橫貫筒體1的兩端壁11，12設(shè)置，除入口通路31和出口通路32的設(shè)置外， 本實(shí)施例的芯軸3基本為實(shí)心材質(zhì)，芯軸3的軸線最好與筒體1的軸線重合，芯軸3兩端分 別形成供溶合了養(yǎng)分和氧氣的培養(yǎng)基(第二流體)進(jìn)入該反應(yīng)室10的入口通路31和供參 與反應(yīng)后的培養(yǎng)基(第二流體)自反應(yīng)室10流出的出口通路32。該入口通路31在第一端壁11的圓心處開(kāi)孔并且軸向深入芯軸3內(nèi)部，然后在芯軸3內(nèi)部徑向穿出芯軸3以連通至該反應(yīng)室10，為此，適應(yīng)該入口通路31的設(shè)置，第一端壁11外側(cè)形成有一個(gè)供攜帶養(yǎng)分 和氧氣的培養(yǎng)基進(jìn)入的外側(cè)入口 310，芯軸3 —側(cè)柱面形成有一個(gè)或多個(gè)進(jìn)入反應(yīng)室10的 內(nèi)側(cè)入口 313。同理，該出口通路32在第二端壁12的圓心部位處開(kāi)孔并且軸向深入芯軸 3內(nèi)部，然后在芯軸3內(nèi)部徑向穿出芯軸3以連通至該反應(yīng)室10，為此，適應(yīng)該出口通路32 的設(shè)置，第二端壁12外側(cè)形成有一個(gè)供參與反應(yīng)后的培養(yǎng)基回流至儲(chǔ)料瓶51的外側(cè)出口 320，芯軸3另一側(cè)柱面則形成有一個(gè)或多個(gè)供參與反應(yīng)后的培養(yǎng)基流出反應(yīng)室10的內(nèi)側(cè) 出口 323。顯然，入口通路31的內(nèi)側(cè)入口 313和出口通路32的內(nèi)側(cè)出口 323的具體位置和 距離，在絕大多數(shù)情況下決定了大部分流體在反應(yīng)室10內(nèi)的運(yùn)動(dòng)量程。該濾膜2因包覆于該芯軸3的柱面而呈筒狀，濾膜2表面形成有孔徑適中的多個(gè) 微型小孔(未圖示)，以便阻止前述第一流體尤其是第一物質(zhì)通過(guò)，而允許前述的第二流體 尤其是第二物質(zhì)通過(guò)，具體而言，由于細(xì)胞的直徑較之養(yǎng)分和氧氣分子大，故將濾膜2的小 孔大小設(shè)置在小于第一物質(zhì)大小而大于第二物質(zhì)大小的尺寸范圍內(nèi)，即可實(shí)現(xiàn)此一功能。 濾膜2由于其結(jié)構(gòu)相對(duì)稀松，性質(zhì)柔軟，故與芯軸3之間易形成縫隙20。如此，第二流體從 入口通路31進(jìn)入后，一部分會(huì)透過(guò)濾膜2進(jìn)入反應(yīng)室10，為了避免第二流體的另一部分經(jīng) 該縫隙20逃逸到出口通路32的內(nèi)側(cè)出口 323，然后經(jīng)出口通路32直接流出反應(yīng)室10，故 如圖1所示，在濾膜2縱長(zhǎng)方向的中部處，采用一結(jié)扎件400對(duì)濾膜2所形成的筒形進(jìn)行結(jié) 扎，由此，濾膜2在結(jié)扎部位處與芯軸3相箍緊而緊密貼合，所述縫隙20便被分開(kāi)為互不連 通的兩個(gè)隙區(qū)201，203，因兩個(gè)隙區(qū)201，203間彼此不連通，故第二流體進(jìn)入反應(yīng)室10后， 將全部進(jìn)入反應(yīng)室10內(nèi)參與反應(yīng)后再流出，故能使其與第一流體的交換率增強(qiáng)。該結(jié)扎件400被設(shè)計(jì)成圓環(huán)狀，對(duì)其徑向?qū)挾葲](méi)有要求，其橫截面可呈正圓形，但 其最好具有一定的彈性，以便用戶對(duì)結(jié)扎位置進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)然，將結(jié)扎件400沿其徑向擴(kuò) 大，使其呈片狀，以不阻擋反應(yīng)室10內(nèi)混合流體的流通，這樣也是可行的。在一個(gè)典型的應(yīng) 用中，可以采用橡膠材料制成的橡皮圈直接作為結(jié)扎件400使用。此外，在一些未圖示的實(shí) 施例中，適當(dāng)調(diào)整結(jié)扎件400在濾膜2上的結(jié)扎位置是可行的，例如將其靠入口通路31或 出口通路32設(shè)置，均可避免“無(wú)效循環(huán)”現(xiàn)象。注意到圖1所示，入口通路31的內(nèi)側(cè)入口 313與第一端壁11之間的濾膜段，以及 出口通路32的內(nèi)側(cè)出口 323與第二端壁12之間的濾膜段，該兩處濾膜段與芯軸3之間也易 形成收容流體的死腔，為了杜絕此處的死腔，采用結(jié)扎件401，402在該兩處進(jìn)行結(jié)扎，即可 克服。一種可替換的方式是將入口通路31的內(nèi)側(cè)入口 313和出口通路32的內(nèi)側(cè)出口 323 靠近相應(yīng)的端壁11或12設(shè)置，如此便不會(huì)存在需要兩端結(jié)扎的問(wèn)題。注意濾膜2兩端的結(jié)扎件401，402與中間的結(jié)扎件400的區(qū)別是，濾膜2兩端的結(jié) 扎件401，402在反應(yīng)室10內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)量程之外，是為了防止濾膜2與芯軸3之間兩側(cè)的死 腔而設(shè)置，而濾膜2中部的結(jié)扎件400則置于流體在反應(yīng)室10內(nèi)的運(yùn)動(dòng)量程中，是為了阻 止第二流體直接經(jīng)濾膜2與芯軸3間的縫隙20逃逸。而理論上，只要入口通路31的內(nèi)側(cè) 入口 313與第一端壁11之間的距離足夠小，且該側(cè)濾膜2與芯軸3之間被第一端壁11所 緊固；同理，只要出口通路32的內(nèi)側(cè)出口 323與第二端壁12之間的距離足夠小，且該側(cè)濾 膜2與芯軸3之間被第二端壁12所緊固，在這種情況下，則不必設(shè)置所述兩端結(jié)扎件401， 402。
此外，為了便于從反應(yīng)室10中取樣和加樣，在筒體1柱壁13任意位置處分別設(shè)置 一取樣口 14和一加樣口 15，平時(shí)用塞件140，150分別緊蓋，僅在需要時(shí)才揭開(kāi)塞件加以使用。適用于此一實(shí)施例的生物反應(yīng)器的控制系統(tǒng)和方法，將在后述中進(jìn)一步揭示，以 便進(jìn)一步揭示本實(shí)施例的效果。如下請(qǐng)結(jié)合圖2以了解本發(fā)明的生物反應(yīng)器的另一實(shí)施例，在該實(shí)施例中，該生 物反應(yīng)器具有與前一實(shí)施例高度近似的結(jié)構(gòu)，其整體呈筒形，其包括筒體1、芯軸3及濾膜 2。筒體1具有兩端壁11，12和與該兩端壁11，12連成一體的柱壁13，兩端壁與該柱 壁13共同定義一反應(yīng)室10以提供給溶合了細(xì)胞的培養(yǎng)基(第一流體)和溶合了養(yǎng)分及氧 氣的培養(yǎng)基進(jìn)行生化反應(yīng)。芯軸3橫貫筒體1的兩端壁11，12設(shè)置，除出口通路32和入口通路31的設(shè)置外， 本實(shí)施例的芯軸3基本為實(shí)心材質(zhì)，芯軸3的軸線最好與筒體1的軸線重合，芯軸3兩端分 別形成供溶合了養(yǎng)分和氧氣的培養(yǎng)基(第二流體)進(jìn)入該反應(yīng)室10的入口通路31和供參 與反應(yīng)后的培養(yǎng)基(第二流體)自反應(yīng)室10流出的出口通路32。該入口通路31在第一 端壁11的圓心處開(kāi)孔并且軸向深入芯軸3內(nèi)部，然后在芯軸3內(nèi)部徑向穿出芯軸3以連通 至該反應(yīng)室10，為此，適應(yīng)該入口通路31的設(shè)置，第一端壁11外側(cè)形成有一個(gè)供攜帶養(yǎng)分 和氧氣的培養(yǎng)基進(jìn)入的外側(cè)入口 310，芯軸3 —側(cè)柱面形成有一個(gè)或多個(gè)進(jìn)入反應(yīng)室10的 內(nèi)側(cè)入口 313。同理，該出口通路32在第二端壁12的圓心部位處開(kāi)孔并且軸向深入芯軸 3內(nèi)部，然后在芯軸3內(nèi)部徑向突出芯軸3以連通至該反應(yīng)室10，為此，適應(yīng)該出口通路32 的設(shè)置，第二端壁12外側(cè)形成有一個(gè)供參與反應(yīng)后的培養(yǎng)基回流至儲(chǔ)料瓶51的外側(cè)出口 320，芯軸3另一側(cè)柱面則形成有一個(gè)或多個(gè)供參與反應(yīng)后的培養(yǎng)基流出反應(yīng)室10的內(nèi)側(cè) 出口 323。顯然，入口通路31的內(nèi)側(cè)入口 313和出口通路32的內(nèi)側(cè)出口 323的具體位置和 距離，在絕大多數(shù)情況下決定了大部分流體在反應(yīng)室10內(nèi)的運(yùn)動(dòng)量程。該濾膜2因包覆于該芯軸3的柱面而呈筒狀，濾膜2表面形成有孔徑適中的多個(gè) 微型小孔，以便阻止前述第一流體尤其是第一物質(zhì)通過(guò)，而允許前述的第二流體尤其是第 二物質(zhì)通過(guò)，具體而言，由于細(xì)胞的直徑較之養(yǎng)分和氧氣分子大，故將濾膜2的小孔大小設(shè) 置在小于第一物質(zhì)大小而大于第二物質(zhì)大小的尺寸范圍內(nèi)，即可實(shí)現(xiàn)此一功能。濾膜2由 于其結(jié)構(gòu)相對(duì)稀松，性質(zhì)柔軟，故與芯軸3之間易形成縫隙20。如此，第二流體從入口通路 31進(jìn)入后，一部分會(huì)透過(guò)濾膜2進(jìn)入反應(yīng)室10，為了避免第二流體的另一部分經(jīng)該縫隙20 逃逸到出口通路32的內(nèi)側(cè)出口 323，然后經(jīng)出口通路32直接流出反應(yīng)室10，故如圖1所示， 在濾膜2縱長(zhǎng)方向的靠近入口通路31的內(nèi)側(cè)入口 313處，采用一結(jié)扎件400對(duì)濾膜2所形 成的筒形進(jìn)行結(jié)扎，由此，濾膜2在結(jié)扎部位處與芯軸3相箍緊而緊密貼合，所述縫隙20便 被分開(kāi)為互不連通的兩個(gè)隙區(qū)201，203，因兩個(gè)隙區(qū)201，203間彼此不連通，故第二流體進(jìn) 入反應(yīng)室10后，將全部進(jìn)入反應(yīng)室10內(nèi)參與反應(yīng)后再流出，故能使其與第一流體的交換率 增強(qiáng)。該結(jié)扎件400被設(shè)計(jì)成圓餅狀，即其在徑向具有一定的寬度，即結(jié)扎件400的半徑 最好略大于或略小于反應(yīng)器筒體1的半徑，理論上，設(shè)筒體1半徑為R，則結(jié)扎件半徑r可以 在0. 3R至0. 7R之間取值，當(dāng)然，最佳的數(shù)值為r = R/2。本實(shí)施例中的結(jié)扎件400需采用具有一定剛度的硬質(zhì)材料，如各種硬質(zhì)金屬、木板、塑料、陶瓷等只要能滿足抵抗一定的流 體沖刷力而不致變形的材料均可，較佳的，傾向于采用金屬材料。具有一定硬度的結(jié)扎件有 利于使進(jìn)入反應(yīng)室10的第二流體形成輻射式流向，以使反應(yīng)室10內(nèi)混合流體的交換更為 均勻。該結(jié)扎件400的橫截面呈正圓形，中心處設(shè)有軸孔(未標(biāo)號(hào))以供帶濾膜2的芯 軸3穿越，并且該軸孔的大小剛好使得結(jié)扎件400壓迫濾膜2與芯軸3相箍緊。相對(duì)前一 實(shí)施例而言，結(jié)扎件400宜靠近入口通路31的內(nèi)側(cè)入口 313設(shè)置。當(dāng)本實(shí)施例的生物反應(yīng) 器50應(yīng)用于相應(yīng)的控制系統(tǒng)中時(shí)，能得到優(yōu)于前一實(shí)施例的效果。注意到圖2所示，入口通路31的內(nèi)側(cè)入口 313與第一端壁11之間的濾膜段，以及 出口通路32的內(nèi)側(cè)出口 323與第二端壁12之間的濾膜段，該兩處濾膜段與芯軸3之間也 易形成收容流體的死腔，為了杜絕此處的死腔，采用截面積較小的結(jié)扎件401，402在該兩 處進(jìn)行結(jié)扎，即可克服。一種可替換的方式是將入口通路31的內(nèi)側(cè)入口 313和出口通路32 的內(nèi)側(cè)出口 323靠近相應(yīng)的端壁11，12設(shè)置，如此便不會(huì)存在需要兩端結(jié)扎的問(wèn)題。注意濾膜2兩端的結(jié)扎件401，402與本實(shí)施例中靠近內(nèi)側(cè)入口 313的結(jié)扎件400 的區(qū)別是，濾膜2兩端的結(jié)扎件401，402在反應(yīng)室10內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)量程之外，是為了防止濾 膜2與芯軸3之間兩側(cè)的死腔而設(shè)置，而于芯軸3中央靠近內(nèi)側(cè)入口 313設(shè)置的結(jié)扎件400 則置于流體在反應(yīng)室10內(nèi)的運(yùn)動(dòng)量程中，是為了一方面阻止第二流體直接經(jīng)濾膜2與芯軸 3間的縫隙20逃逸，另一方面使得從內(nèi)側(cè)入口 313進(jìn)入的第二流體能在該結(jié)扎件400外周 處形成輻射式流向而相對(duì)均勻地?cái)U(kuò)散到整個(gè)反應(yīng)室10內(nèi)，以便反應(yīng)室10內(nèi)各處的第一流 體和第二流體的交換更加均一。理論上，只要入口通路31的內(nèi)側(cè)入口 313與第一端壁11 之間的距離足夠小，且該側(cè)濾膜2與芯軸3之間被第一端壁11所緊固；同理，只要出口通路 32的內(nèi)側(cè)出口 323與第二端壁12之間的距離足夠小，且該側(cè)濾膜2與芯軸3之間被第二端 壁12所緊固，在這種情況下，則不必設(shè)置所述兩端結(jié)扎件401，402。同理，為了便于從反應(yīng)室10中取樣和加樣，在筒體1柱壁13處任意位置處分別設(shè) 置一取樣口 14和一加樣口 15，平時(shí)用塞件140，150分別緊蓋，僅在需要時(shí)才揭開(kāi)塞件140， 150加以使用。作為對(duì)本實(shí)施例的生物反應(yīng)器的進(jìn)一步改進(jìn)，請(qǐng)結(jié)合圖3和圖4，圖4揭示圖3中A 部分放大效果。圖3中示出，被一個(gè)結(jié)扎件400 —分為二的由濾膜2和芯軸3之間縫隙20 共同形成的兩個(gè)隙區(qū)201，203中，由出口通路32尤其指其內(nèi)側(cè)出口 323所占據(jù)的隙區(qū)201 中設(shè)有一網(wǎng)片筒28。該網(wǎng)片筒28適應(yīng)于芯軸3的形狀而呈筒狀，繞其筒狀柱壁13設(shè)有多 個(gè)網(wǎng)孔280，該網(wǎng)孔280可自由設(shè)計(jì)，參閱圖5a至5d所示，其排列既可以規(guī)則也可以不規(guī) 則，其形狀可以是矩形、方形(圖5a)、菱形(圖5b)、圓形(圖5c)、三角形、混合形(圖5d) 等任意形狀。網(wǎng)孔280的設(shè)置，使得參與反應(yīng)后的第二流體，其在穿過(guò)濾膜2進(jìn)入該隙區(qū) 201之后，首先需穿過(guò)該網(wǎng)片筒28后才能經(jīng)內(nèi)側(cè)出口 323進(jìn)入出口通路32，由于網(wǎng)片筒28 柱面設(shè)有多個(gè)網(wǎng)孔280，故穿過(guò)濾膜2之后的第二流體能分散經(jīng)網(wǎng)片筒28的多個(gè)網(wǎng)孔280 進(jìn)入出口通路32，這樣，濾膜2表面無(wú)疑形成多個(gè)無(wú)形的“入口 ”，使得攜帶反應(yīng)室10內(nèi)的 混合流體不會(huì)在某一處積聚，而會(huì)相對(duì)分散地在整個(gè)濾膜2表面流向隙區(qū)201、穿過(guò)網(wǎng)片筒 28再進(jìn)入出口通路32，如此，便能避免反應(yīng)室10內(nèi)細(xì)胞在出口通路32的內(nèi)側(cè)出口 323所 對(duì)應(yīng)的濾膜2處的積聚所引起的堵塞問(wèn)題。
由上述關(guān)于本發(fā)明生物反應(yīng)器的另一實(shí)施例的描述可以看出，其與前一實(shí)施例的 區(qū)別在于結(jié)扎件400的大小、位置的不同，以及所增設(shè)的網(wǎng)片筒28，彼此起到的技術(shù)效果也 有不同，但在其它構(gòu)造方面并無(wú)相異。由本實(shí)施例也可以看出，本實(shí)施例所使用的網(wǎng)片筒28 同樣適用于裝設(shè)在本發(fā)明的前一實(shí)施例中，將該網(wǎng)片筒28裝設(shè)于與出口通路32相對(duì)應(yīng)的 隙區(qū)201中，只要其存在可以避免反應(yīng)室10內(nèi)的細(xì)胞堵塞流體出口，即可應(yīng)用之。同理，適用于此一實(shí)施例的生物反應(yīng)器的控制系統(tǒng)和方法，將在后述進(jìn)一步揭示， 以便進(jìn)一步揭示本實(shí)施例的效果。請(qǐng)參閱圖6和圖7，圖7為圖6中B部分放大圖，其共同用于揭示本發(fā)明生物反應(yīng) 器的再一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，同理，本實(shí)施例中的生物反應(yīng)器基于前述各實(shí)施例進(jìn)行改進(jìn)，具有 與前述各實(shí)施例相接近的結(jié)構(gòu)和構(gòu)思。本實(shí)施例的生物反應(yīng)器整體呈筒形，其包括筒體1、芯軸3及濾膜2。筒體1具有兩端壁11，12連成一體的柱壁13，兩端壁11，12與該柱壁13共同定義 一反應(yīng)室10以提供給溶合了細(xì)胞的培養(yǎng)基(第一流體)和溶合了養(yǎng)分及氧氣的培養(yǎng)基進(jìn) 行生化反應(yīng)。芯軸3橫貫筒體1的兩端壁11，12設(shè)置，芯軸3的軸線最好與筒體1的軸線重合。 芯軸3具有內(nèi)外筒結(jié)構(gòu)，其外筒301呈空心筒形，沿其軸向在筒壁上形成有多個(gè)通孔以形成 內(nèi)側(cè)出口 323，且一端被連通至第二端壁12之外以形成外側(cè)出口 320，由此，整個(gè)外筒301 自內(nèi)側(cè)出口 323至外筒301中空部3010再至外側(cè)出口 320形成一個(gè)出口通路32。芯軸3 內(nèi)部還裝設(shè)一外徑遠(yuǎn)小于外筒301的內(nèi)徑的內(nèi)筒302，內(nèi)筒302也具有中空部3020，其靠近 第二端壁12的一端被密封，而靠近第一端壁11的一端則開(kāi)口。同理，該內(nèi)筒302沿其軸向 在筒壁上設(shè)置有多個(gè)通孔以形成多個(gè)內(nèi)側(cè)入口 313，其開(kāi)口側(cè)與第一端壁11相連接以在第 一端壁11外側(cè)形成一外側(cè)入口 310，自其外側(cè)入口 310至內(nèi)筒302的中空部3020再至內(nèi)側(cè) 入口 313便形成一個(gè)入口通路31。由此，芯軸3兩端分別形成供溶合了養(yǎng)分和氧氣的培養(yǎng) 基(第二流體)進(jìn)入該反應(yīng)室10的入口通路31和供參與反應(yīng)后的培養(yǎng)基(第二流體)自 反應(yīng)室10流出的出口通路32。較佳的一個(gè)方案是內(nèi)筒302的長(zhǎng)度至少應(yīng)設(shè)置為大于或等 于1/2外筒301長(zhǎng)度，這樣，入口通路31便具有一個(gè)較長(zhǎng)的跨度，在入口通路31中的第二流 體得以從反應(yīng)室10的相對(duì)較寬的橫向位置梯度式遞減分流注入反應(yīng)室10 ；外筒301由于 占據(jù)整個(gè)反應(yīng)室10的軸向，其第二流體也可以自其整個(gè)筒壁相對(duì)均勻地進(jìn)入出口通路32。 可見(jiàn)，無(wú)論出口通路32還是入口通路31，由于其在反應(yīng)室10內(nèi)為第二流體設(shè)計(jì)了多個(gè)出口 或入口，使得反應(yīng)室10內(nèi)的第一物質(zhì)不會(huì)在某一處積聚，較大限度地消除了堵塞的可能?？梢钥闯?，由于外筒301中空，而通過(guò)內(nèi)筒302的外側(cè)入口 310的第二流體需經(jīng)外 筒301的出口通路32尤指外筒301的中空部3010進(jìn)入反應(yīng)室10，另一方面，參與反應(yīng)后的 第二流體需經(jīng)由外筒301的內(nèi)側(cè)出口 323進(jìn)入出口通路32，故而，實(shí)質(zhì)上外筒301表面的通 孔同時(shí)具有雙向通過(guò)的作用，即既允許未反應(yīng)的第二流體進(jìn)入反應(yīng)室10，又允許反應(yīng)后的 第二流體進(jìn)入出口通路32。該濾膜2因包覆于該芯軸3的外筒301的柱面而呈筒狀，濾膜2表面形成有孔徑適 中的多個(gè)微型小孔，以便阻止前述第一流體尤其是第一物質(zhì)通過(guò)，而允許前述的第二流體 尤其是第二物質(zhì)通過(guò)，具體而言，由于細(xì)胞的直徑較之養(yǎng)分和氧氣分子大，故將濾膜2的小 孔大小設(shè)置在小于第一物質(zhì)大小而大于第二物質(zhì)大小的尺寸范圍內(nèi)，即可實(shí)現(xiàn)此一功能。濾膜2由于其結(jié)構(gòu)相對(duì)稀松，性質(zhì)柔軟，故與芯軸3之間易形成縫隙20。如此，第二流體從 入口通路31進(jìn)入后，一部分會(huì)透過(guò)濾膜2進(jìn)入反應(yīng)室10。如圖6所示，在濾膜2縱長(zhǎng)方向 上，采用多個(gè)結(jié)扎件400等間距布置對(duì)濾膜2所形成的筒形進(jìn)行結(jié)扎，由此，濾膜2在多個(gè) 結(jié)扎部位處與芯軸3相箍緊而緊密貼合，所述縫隙20便被分開(kāi)為互不連通的多個(gè)隙區(qū)208， 因多個(gè)隙區(qū)208間彼此不連通，故第二流體進(jìn)入反應(yīng)室10后，將全部進(jìn)入反應(yīng)室10內(nèi)參與 反應(yīng)后再流出，故能使其與第一流體的交換率增強(qiáng)。該結(jié)扎件400的橫截面呈正圓形，中心處設(shè)有軸孔(未標(biāo)號(hào))以供帶濾膜2的芯 軸3穿越，并且該軸孔的大小剛好使得結(jié)扎件400壓迫濾膜2與芯軸3相箍緊。該結(jié)扎件 400被設(shè)計(jì)成圓餅狀，其在徑向具有一定的寬度，即結(jié)扎件400的半徑最好略大于或略小于 反應(yīng)器筒體1的半徑，理論上，設(shè)筒體1半徑為R，則結(jié)扎件半徑r可以在0. 3R至0. 7R之間 取值，當(dāng)然，最佳的數(shù)值為r = R/2。本實(shí)施例中的結(jié)扎件400需采用具有一定剛度的硬質(zhì) 材料，如各種硬質(zhì)金屬、木板、塑料、陶瓷等只要能滿足抵抗一定的流體沖刷力而不致變形 的材料均可，較佳的，傾向于采用金屬材料。表面積較大的多個(gè)結(jié)扎件400的設(shè)置，將反應(yīng) 室10分隔為多個(gè)呈短柱形的反應(yīng)區(qū)108，各個(gè)反應(yīng)區(qū)108的外周又互相連通，而且獨(dú)立對(duì)應(yīng) 有部分內(nèi)側(cè)入口 313和部分內(nèi)側(cè)出口 323，各個(gè)反應(yīng)區(qū)108之間具有相對(duì)獨(dú)立性，形同多個(gè) 小型反應(yīng)室。由于反應(yīng)區(qū)108小型化且相對(duì)獨(dú)立，使得從出口通路32進(jìn)入的第二流體可以 以梯度級(jí)分流到多個(gè)反應(yīng)區(qū)108中與每個(gè)反應(yīng)區(qū)108的第一流體進(jìn)行生化反應(yīng)，而后，每個(gè) 反應(yīng)區(qū)108中完成反應(yīng)的第二流體又能直接通過(guò)相應(yīng)的內(nèi)側(cè)出口 323進(jìn)入出口通路32流 出，大型反應(yīng)室10被細(xì)化，因此能使得整個(gè)反應(yīng)室10中所進(jìn)行的生化反應(yīng)更為均勻充分。請(qǐng)?jiān)賲㈤唸D6，為了加強(qiáng)濾膜2與芯軸3外筒301的緊貼關(guān)系，可以進(jìn)一步采用橡 皮圈之類(lèi)的截面較小的結(jié)扎件402對(duì)靠近兩個(gè)端壁11，12的位置進(jìn)行結(jié)扎，當(dāng)然，此處的結(jié) 扎件的形狀可以靈活設(shè)計(jì)為較大面積的形狀如401所示。此外，為了便于從反應(yīng)室10中取樣和加樣，在筒體1柱壁13處任意位置處分別設(shè) 置一取樣口 14和一加樣口 15，平時(shí)用塞件140，150分別緊蓋，僅在需要時(shí)才揭開(kāi)塞件140， 150加以使用。前述生物反應(yīng)器的兩個(gè)實(shí)施例中，均采用了網(wǎng)片筒28，但本實(shí)施例中，由于芯軸3 外筒301沿其縱長(zhǎng)方向設(shè)置有多個(gè)通孔，實(shí)質(zhì)上起到了相當(dāng)于該網(wǎng)片筒28的作用，故本實(shí) 施例中，該網(wǎng)片筒28的設(shè)置是非必需的。由上述關(guān)于本發(fā)明生物反應(yīng)器的再一實(shí)施例的描述可以看出，其與前兩實(shí)施例的 區(qū)別主要在于反應(yīng)室10多房分隔的結(jié)構(gòu)，而在基本構(gòu)造方面差別不大。同理，適用于此一 實(shí)施例的生物反應(yīng)器的控制系統(tǒng)和方法，將在后述進(jìn)一步揭示，以便進(jìn)一步揭示本實(shí)施例 的效果。前面揭示了本發(fā)明的生物反應(yīng)器的三種具體實(shí)施方式
，繼而揭示本發(fā)明的生物反 應(yīng)器控制系統(tǒng)的其它構(gòu)件。結(jié)合圖8至圖11，本發(fā)明的電機(jī)56主要用于驅(qū)動(dòng)所述生物反應(yīng)器50繞其軸線進(jìn) 行旋轉(zhuǎn)，由于芯軸3的軸線與生物反應(yīng)器50的筒件1的軸線基本重合，實(shí)質(zhì)上繞芯軸3的 軸線轉(zhuǎn)動(dòng)芯軸3即可轉(zhuǎn)動(dòng)整個(gè)筒件1，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)生物反應(yīng)器50的轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)方向可以 是單向也可以是雙向，電機(jī)56的轉(zhuǎn)動(dòng)方向并不影響本發(fā)明的實(shí)施。本發(fā)明的儲(chǔ)料瓶51，用于盛裝溶合了養(yǎng)分的培養(yǎng)基。
在生物反應(yīng)器控制系統(tǒng)中，儲(chǔ)料瓶51通過(guò)管路與生物反應(yīng)器50的外側(cè)入口 310 和外側(cè)出口 320分別連通以形成循環(huán)回路，故需在該循環(huán)回路中利用一動(dòng)力泵54驅(qū)動(dòng)儲(chǔ)料 瓶51的第二流體在該回路中的循環(huán)，為了使儲(chǔ)料瓶51中培養(yǎng)基攜帶足量氧氣，還需結(jié)合至 少一個(gè)氧合器52，53將自然空氣或氧氣提供源(未圖示)中的氧氣成分溶合于該回路的第 二流體中，此外，結(jié)合不同實(shí)施例的需要，還需在必要是為該回路配備流向控制器55。本發(fā)明的流向控制器55通過(guò)結(jié)合多個(gè)三通閥(未圖示)組成，其具有兩個(gè)輸入端 和兩個(gè)輸出端，通過(guò)采用電子或手動(dòng)的形式，可以使流向控制器55內(nèi)的兩個(gè)輸入端與兩個(gè) 輸出端實(shí)現(xiàn)流向的切換，這種切換是通過(guò)合理導(dǎo)向不同三通閥的連接關(guān)系實(shí)現(xiàn)的。請(qǐng)結(jié)合圖13，所述流向控制器55包括兩個(gè)定向端電控三通閥71，72和兩個(gè)換向 端電控三通閥73，74，每個(gè)三通閥均具有兩個(gè)順?biāo)?701，702和一個(gè)垂直口 703，第一定向 端電控三通閥71的兩個(gè)順?biāo)?701，702分別與兩個(gè)換向端電控三通閥73，74的各一個(gè)順 水口連通，第一定向端電控三通閥71的垂直口 703可與動(dòng)力泵54直接連通，第二定向端電 控三通閥72的兩個(gè)順?biāo)谝卜謩e與兩個(gè)換向端電控三通閥73，74的各一個(gè)順?biāo)谶B通，第 二定向端電控三通閥72的垂直口可直接與儲(chǔ)料瓶51連通，第一換向端與第二換向端的電 控三通閥73，74的垂直口與生物反應(yīng)器50之間的連接，由于可通過(guò)流向控制器55對(duì)電控 三通閥的控制而不斷切換，故不需嚴(yán)格指定。實(shí)質(zhì)上，由于流向控制器55的實(shí)現(xiàn)，生物反應(yīng) 器50與流向控制器55各端在物理上的連通關(guān)系已經(jīng)變得不再嚴(yán)格，而是依賴于流向控制 器的自行切換。由該循環(huán)回路形成的生物反應(yīng)器控制系統(tǒng)，主要在生物反應(yīng)器50用于細(xì)胞培養(yǎng) 的階段使用，而在利用生物反應(yīng)器50用于治療的階段，第二流體由人體提供，其循環(huán)由心 臟舒張期和收縮期的變化促成，故而不必設(shè)置該流體控制器55和動(dòng)力泵54。因此，在下述 的關(guān)于本發(fā)明生物反應(yīng)器控制系統(tǒng)和方法的闡述中，主要是結(jié)合細(xì)胞培養(yǎng)的情況做說(shuō)明。結(jié)合本發(fā)明前述生物反應(yīng)器的第一實(shí)施例，本發(fā)明的一種控制系統(tǒng)使用該實(shí)施例 中的該種生物反應(yīng)器50，以如下結(jié)構(gòu)和方式實(shí)現(xiàn)其首先在儲(chǔ)料瓶51中盛裝溶合了養(yǎng)分的 培養(yǎng)基溶液作為第二流體，在生物反應(yīng)器50中盛裝包含了待培養(yǎng)細(xì)胞的培養(yǎng)基溶液作為 第一流體，以如圖8至11所示的結(jié)構(gòu)，通過(guò)兩條引自儲(chǔ)料瓶51的管路，管路之一先與至少 一個(gè)氧合器52，53連通以在此處進(jìn)行氧氣合成，再由氧合器52，53與動(dòng)力泵54相連通以在 此處施加促進(jìn)第二流體進(jìn)行循環(huán)的動(dòng)力，繼而，由動(dòng)力泵54與流向控制器55的第一定向端 電控三通閥71的垂直口完成該管路之一的連通，并且，流向控制器55的第二定向端電控三 通閥72的垂直口直接與管路之二相連通，再將流向控制器55兩換向端電控三通閥73，74 分別與生物反應(yīng)器50的外側(cè)入口 310和外側(cè)出口 320相連接，即可完成整個(gè)控制系統(tǒng)的 物理連接。流向控制器55中預(yù)設(shè)自動(dòng)切換流向的參數(shù)后，循環(huán)回路流向便能自動(dòng)定時(shí)被切 換，不需人工干預(yù)便可等時(shí)間間隔地進(jìn)行切換。由此可見(jiàn)，對(duì)于第一實(shí)施例的生物反應(yīng)器50 而言，其出口通路32和入口通路31是相對(duì)的，兩者彼此可互換，視流向控制器55所決定的 流向而定。工作時(shí)，以圖10所示的一個(gè)方向?yàn)槔趧?dòng)力泵54的驅(qū)動(dòng)下，攜帶了養(yǎng)分的培養(yǎng)基從儲(chǔ)料瓶51出發(fā)，經(jīng)管路之一到達(dá)氧合器52，53與氧氣相溶，隨后自氧合器52，53出來(lái) 的溶合了養(yǎng)分和氧氣的培養(yǎng)基經(jīng)過(guò)動(dòng)力泵54進(jìn)入流向控制器55，流向控制器55將來(lái)自動(dòng) 力泵54的第二流體導(dǎo)通至生物反應(yīng)器左側(cè)的入口通路31的外側(cè)入口 310中，第二流體繼而進(jìn)入反應(yīng)室10與第一流體進(jìn)行生化反應(yīng)，第一流體中的細(xì)胞吸收了第二流體中的養(yǎng)分和氧氣后，第二流體經(jīng)圖中右側(cè)的出口通路32的外側(cè)出口 320回流至流向控制器55，流向 控制器55繼而將其導(dǎo)通至儲(chǔ)料瓶51的另一管路，完成一個(gè)循環(huán)。其中，氧合器52，53與動(dòng) 力泵54是實(shí)時(shí)參與工作的，而流向控制器55則根據(jù)用戶設(shè)定定時(shí)進(jìn)行流向切換，此三者的 工作相對(duì)循環(huán)回路而言是并行進(jìn)行的。如圖11所示，當(dāng)流向控制器55自動(dòng)切換內(nèi)部流向后，經(jīng)動(dòng)力泵54進(jìn)入的第二流 體會(huì)被導(dǎo)通至圖中右側(cè)的入口通路31的外側(cè)入口 310中，最后會(huì)經(jīng)圖中左側(cè)的出口通路32 的外側(cè)出口 320進(jìn)入流向控制器55，再由流向控制器55將參與反應(yīng)后的第二流體導(dǎo)流至前 述另一管路回流到儲(chǔ)料瓶51完成循環(huán)。由上述工作過(guò)程的介紹進(jìn)一步揭示，在結(jié)合了前述第一種生物反應(yīng)器的控制系統(tǒng) 的本實(shí)施例中，生物反應(yīng)器50的出口通路32與入口通路31是可以互換的。至于生物反應(yīng) 器50內(nèi)部，由于結(jié)扎件400位于其芯軸3的縱長(zhǎng)方向的中間部位處，故對(duì)反應(yīng)室10內(nèi)形成 的雙向灌注所起到的效果是一致的，更優(yōu)之處在于，雙向灌注使得反應(yīng)室10兩側(cè)不會(huì)如單 向灌注那樣造成細(xì)胞密度不均，而會(huì)使得整個(gè)反應(yīng)室10內(nèi)兩種流體的交換更為均勻。在本申請(qǐng)人所進(jìn)行的酚紅試驗(yàn)中，本實(shí)施例的控制系統(tǒng)比現(xiàn)有技術(shù)顯示出更為均 勻的交換效果，但因酚紅試驗(yàn)過(guò)程所形成的圖片為彩色照片，不符合專(zhuān)利法關(guān)于附圖的規(guī) 定而未提供圖示，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可以自行試驗(yàn)以驗(yàn)證此類(lèi)根據(jù)本發(fā)明可預(yù)知的結(jié)果。當(dāng)然，如果使用單向控制的方式對(duì)本實(shí)施例的控制系統(tǒng)的生物反應(yīng)器進(jìn)行灌注也 是可行的，顯然其均一性會(huì)相應(yīng)降低。注意到圖8中使用了兩個(gè)氧合器52和53，其中之一 53為本發(fā)明的獨(dú)立改進(jìn)，能更 適用于本發(fā)明中。請(qǐng)參閱圖12，氧合器53包括一筒體6，該筒體6具有筒墻60和兩個(gè)端墻61，62，所 述兩個(gè)端墻61，62均為設(shè)有內(nèi)螺紋的蓋體，筒墻60軸線方向兩端外壁則形成了外螺紋，由 此，兩個(gè)端墻61，62便可以分別螺鎖在筒墻60的兩端，形成緊密的連接。當(dāng)然，如不考慮安 裝、拆卸、維護(hù)上的便利，在未圖示的實(shí)施例中，也可以將至少一個(gè)端墻61或62與筒墻60
一體成型。所述兩個(gè)端墻61，62與筒墻60之間，在筒體6內(nèi)部定義了一個(gè)合成腔63，該合成 腔63內(nèi)設(shè)有由多條中空纖維并排群集制成的纖維組620，纖維組620中的每條中空纖維均 以其縱長(zhǎng)方向平行于筒體6的軸線設(shè)置，故可以理解為纖維組620的縱長(zhǎng)方向與筒體6的 軸向相平行。中空纖維與中空纖維之間存有間隙。纖維組620的軸線方向的兩側(cè)與該筒體 6的合成腔63的腔壁以粘膠粘固密封，在纖維組620兩處粘固部位64處，各中空纖維之間 也被粘固以求纖維組620外部在該處的整體密封，兩處粘固部位64之間的纖維與纖維間間 隙由便構(gòu)成了一個(gè)屬于該合成腔63 —部分的液流室632，而各中空纖維的中空內(nèi)腔便共同 構(gòu)成屬于該合成腔63另一部分的氣流室631。眾所周知地，中空纖維呈管狀，纖維管壁相對(duì) 氣體而言具有穿透性，而相對(duì)液體而言則具有密封性，故氣體可在各纖維的中空內(nèi)腔通過(guò) 的同時(shí)，一部分氣體能穿透纖維管壁，而液體則不能穿透纖維管壁進(jìn)入其中空內(nèi)腔。由纖維組620與筒體6共同構(gòu)成的氣流室631和液流室632具有互不重疊卻又相 互錯(cuò)開(kāi)的結(jié)構(gòu)特征。在筒體6的橫截面視角中，液流室632基本上包圍氣流室631設(shè)置，或 視之為包圍多個(gè)更細(xì)小的支氣流室設(shè)置。
如前所述，氣流室631用于通過(guò)氧氣，液流室632用于通過(guò)培養(yǎng)基流體(第二流 體)。氣流室631與液流室632之間因?yàn)槔w維組620的半通透作用而使得流體只能在液流 室632內(nèi)流通而不能穿過(guò)中空纖維管壁進(jìn)入氣流室631，而氣流室631的氧氣卻可以穿透中 空纖維管壁進(jìn)入液流室632與培養(yǎng)基流體相溶合。因此，在液流室632中，氣體與流體進(jìn)行 了生化反應(yīng)，且因筒體6本身氣密性好，氣體不會(huì)泄漏到筒體6外部。為了給氣流室631提供氧氣，所述的一個(gè)端墻61設(shè)有進(jìn)氣口 616，另一個(gè)端墻12設(shè)有出氣口 626，進(jìn)氣口 616與出氣口 626均與該氣流室631相連通，但在端墻61與纖維 組620的相應(yīng)端部之間，以及端墻62與纖維組620的相應(yīng)端部之間，還形成有一緩沖隙，該 緩沖隙供氣體進(jìn)入其中后再行行進(jìn)。因進(jìn)氣口 616與出氣口 626以筒體6的縱長(zhǎng)跨度為距 離，故氧氣進(jìn)入氣流室631后有充分的運(yùn)動(dòng)量程流出該氣流室631，又因各中空纖維之間存 有間隙，等效于增大了氣流室631與液流室632的接觸面積，在此期間氧氣有足夠的時(shí)間和 接觸面積穿過(guò)纖維組620與液流室632中的流體更充分相溶合。為了給液流室632提供培養(yǎng)基流體，結(jié)合液流室632基本包圍氣流室631的結(jié)構(gòu) 特點(diǎn)，在筒墻60的外壁任意兩處相距位置處分別設(shè)置一個(gè)進(jìn)液口 606和一個(gè)出液口 608，進(jìn) 液口 606和出液口 608均與液流室632相連通，通過(guò)進(jìn)液口 606進(jìn)入的流體便可以進(jìn)入液 流室632與氧氣相溶后，再經(jīng)出液口 608流出。進(jìn)液口 606和出液口 608的設(shè)計(jì)使其各自呈現(xiàn)一直線通路，從進(jìn)液口 606進(jìn)入并 從出液口 608流出的流體，一般是靠動(dòng)力泵(未圖示)驅(qū)動(dòng)的，因此，難以控制的流速會(huì)對(duì) 培養(yǎng)基中的養(yǎng)分和軟質(zhì)的纖維組620帶來(lái)一定的影響，特別是在流速較高時(shí)，相對(duì)纖維組 620，沿直線通路進(jìn)入流體的沖量較大，會(huì)造成纖維組620變形或破壞，為了避免此種情況， 在進(jìn)液口 606和出液口 608中，設(shè)置一起緩沖作用的緩沖板69，以將進(jìn)液口 606和出液口 608的直線通路改為非直線通路，流體在沖擊該緩沖板69后，改為沿緩沖板69周邊進(jìn)入液 流室632，此時(shí)進(jìn)入液流室632的流體的沖擊力便大大緩解，有效地對(duì)纖維組620實(shí)施了保 護(hù)。為了便于生產(chǎn)，所述的緩沖板69被設(shè)置在進(jìn)液口 606和出液口 608與筒墻60交 匯處，且環(huán)繞筒墻60的圓周形成環(huán)狀，進(jìn)一步的，還可以適當(dāng)改變筒墻60與環(huán)狀緩沖板69 之間的空間以擴(kuò)大流體通過(guò)量。本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可以預(yù)見(jiàn)，所述的氣流室631與液流室632可以互換，因此，應(yīng) 視其為不超脫本發(fā)明的精神和范圍。改進(jìn)后的氧合器53，由氧氣提供源向氣流室631獨(dú)立供氧，且氧氣與液流室632中 第二流體的溶合在完全封閉的環(huán)境中進(jìn)行，故不會(huì)造成氧氣泄漏的情況，可以對(duì)供氧量進(jìn) 行有效的控制，保證第二流體所含氧氣的量，從而保障反應(yīng)室10內(nèi)的細(xì)胞的養(yǎng)分和氧氣供應(yīng)。適用于本發(fā)明的第二實(shí)施例的生物反應(yīng)器的控制系統(tǒng)，其可以參照前一實(shí)施例的 控制系統(tǒng)，除其流向控制器55外，其余組成部件均相同。需要注意的是，本實(shí)施例的控制系 統(tǒng)中，生物反應(yīng)器50的出口通路32所在位置和入口通路31所在位置是固定的，如圖2所 示，生物反應(yīng)器50的入口通路31在右側(cè)設(shè)置，出口通路32在左側(cè)設(shè)置，這種位置關(guān)系是不 變的，故動(dòng)力泵54需要與圖2所示右側(cè)的入口通路31的外側(cè)入口 310相連通，而生物反應(yīng) 器50的出口通路32的外側(cè)出口 320則直接與儲(chǔ)料瓶51相連通。其原因在于在反應(yīng)室10內(nèi)部，結(jié)扎件400靠近內(nèi)側(cè)入口 313設(shè)置，第二流體只有從此處內(nèi)側(cè)入口 313進(jìn)入反應(yīng)室10方能產(chǎn)生輻射式流向的效果。如果互換出口通路32和入口通路31的位置，也即互換流向， 則會(huì)造成從左側(cè)進(jìn)入的第二流體在流至右側(cè)的結(jié)扎件400時(shí)動(dòng)力不足，無(wú)法有效翻越結(jié)扎 件400流出，顯然這種方式是與本發(fā)明的初衷相悖的。當(dāng)然，也可以保留流向控制器55，但 必須采用如圖11所示的流向，以保證圖中生物反應(yīng)器的右側(cè)為入口通路31，左側(cè)為出口通 路32，以與圖2的結(jié)構(gòu)相適應(yīng)。同理，適用于本發(fā)明的第三實(shí)施例的生物反應(yīng)器的控制系統(tǒng)也優(yōu)選為單向的，結(jié) 合圖6所示，將入口通路31設(shè)置在圖中右側(cè)，出口通路32設(shè)置在圖中左側(cè)，則需保持如圖 11的連接方式，其中的流向控制器55同理可以省略，只要?jiǎng)恿Ρ?4能確保流向正確即可。在上述各種控制系統(tǒng)和方法的結(jié)合中，本申請(qǐng)人均已進(jìn)行酚紅試驗(yàn)，均得到較優(yōu) 的效果。綜上所述，本發(fā)明的生物反應(yīng)器及其控制系統(tǒng)和方法，尤其適于生物人工肝應(yīng)用 場(chǎng)合，綜合解決了現(xiàn)有的生物反應(yīng)器存在的灌注不均、死腔、堵塞及交換率低等問(wèn)題，轉(zhuǎn)而 提供多種由不同生物反應(yīng)器構(gòu)成的控制系統(tǒng)，為生化反應(yīng)領(lǐng)域提供了更佳的輔助儀器。以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明而并非限制本發(fā)明所描述的技術(shù)方案；因此，盡管 本說(shuō)明書(shū)參照上述的各個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明已進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換；而一切不脫離本發(fā)明的精神和 范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種生物反應(yīng)器，包括筒體、芯軸及濾膜，筒體具有兩端壁和與該兩端壁連成一體的柱壁，兩端壁與柱壁共同定義一反應(yīng)室以提供給溶合了第一物質(zhì)的第一流體和溶合了第二物質(zhì)的第二流體進(jìn)行反應(yīng)，芯軸橫貫筒體的兩端壁設(shè)置，芯軸兩端分別形成供第二流體進(jìn)入該反應(yīng)室的入口通路和供第二流體自反應(yīng)室流出的出口通路，該濾膜包覆該芯軸，以阻止第一物質(zhì)、允許第二物質(zhì)通過(guò)，濾膜與芯軸之間形成有縫隙，其特征在于，所述濾膜至少一處被結(jié)扎件所結(jié)扎以將所述縫隙分開(kāi)為互不連通的多個(gè)隙區(qū)以阻止第二流體進(jìn)入入口通路后直接經(jīng)該縫隙到達(dá)出口通路流出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物反應(yīng)器，其特征在于該結(jié)扎件呈圓環(huán)狀，直接將濾膜與 芯軸相箍緊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物反應(yīng)器，其特征在于該結(jié)扎件位于芯軸中央設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物反應(yīng)器，其特征在于該結(jié)扎件呈帶軸孔的圓餅狀，套設(shè) 在濾膜外周以使濾膜與芯軸相箍緊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生物反應(yīng)器，其特征在于該結(jié)扎件靠近所述入口通路處設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物反應(yīng)器，其特征在于存在兩個(gè)或兩個(gè)以上的所述結(jié)扎 件，設(shè)置于濾膜多處，以將所述縫隙相應(yīng)分隔為三個(gè)或三個(gè)以上的隙區(qū)，所述出口通路連通 其相應(yīng)側(cè)的至少一個(gè)隙區(qū)以使反應(yīng)室內(nèi)的第二流體經(jīng)該隙區(qū)流出，所述出口通路分別連通 其余至少一個(gè)隙區(qū)以使第二流體經(jīng)該些隙區(qū)進(jìn)入反應(yīng)室。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生物反應(yīng)器，其特征在于所述兩個(gè)或兩個(gè)以上的結(jié)扎件彼 此之間間距相等。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的生物反應(yīng)器，其特征在于對(duì)應(yīng)于所述出口 通路的一個(gè)隙區(qū)，在該隙區(qū)所對(duì)應(yīng)的濾膜與芯軸之間，套設(shè)有網(wǎng)片筒，網(wǎng)片筒上設(shè)置有若干 網(wǎng)孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的生物反應(yīng)器，其特征在于所述筒體設(shè)有取 樣口和加樣口。
10.一種生物反應(yīng)器控制系統(tǒng)，其特征在于，其包括如權(quán)利要求1、2、4、6、8、9中任意一項(xiàng)所述的生物反應(yīng)器；用于儲(chǔ)存溶合了第二物質(zhì)的第二流體的儲(chǔ)料瓶；用于維持儲(chǔ)料瓶中的第二流體通過(guò)該生物反應(yīng)器的反應(yīng)室并回到儲(chǔ)料瓶以構(gòu)成循環(huán) 回路的動(dòng)力泵；用于驅(qū)動(dòng)所述生物反應(yīng)器繞其芯軸旋轉(zhuǎn)的電機(jī)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的生物反應(yīng)器控制系統(tǒng)，其特征在于，該控制系統(tǒng)還包括用 于切換所述循環(huán)回路流向的流向控制器。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的生物反應(yīng)器控制系統(tǒng)，其特征在于，該控制系統(tǒng)還包 括氧合器，用于將氧氣提供源所提供的氧氣與所述循環(huán)回路中的第二流體相合成。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的生物反應(yīng)器控制系統(tǒng)，其特征在于，該氧合器包括一筒體， 筒體具有筒墻和兩個(gè)端墻及由它們所定義的合成腔，合成腔內(nèi)設(shè)有由多條中空纖維并排組 成的纖維組，該纖維組的縱長(zhǎng)方向的兩側(cè)與合成腔粘固以在兩處粘固部位間形成供第二流 體通過(guò)的液流室，各中空纖維的中空內(nèi)腔共同形成供氧氣通過(guò)的氣流室，筒體上設(shè)有連通該氣流室的進(jìn)氣口和出氣口，且設(shè)有連通該液流室的進(jìn)液口和出液口。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的生物反應(yīng)器控制系統(tǒng)，其特征在于，所述進(jìn)液口和出液口 處的截面設(shè)有緩沖板以使第二流體呈現(xiàn)以非直線通路進(jìn)入液流室。
15.一種使用如權(quán)利要求1、2、4、6、8、9中任意一項(xiàng)所述的生物反應(yīng)器的生物反應(yīng)器控 制方法，其特征在于，其包括如下步驟為生物反應(yīng)器的反應(yīng)室預(yù)盛裝溶合了第一物質(zhì)的第一流體；準(zhǔn)備溶合了第二物質(zhì)的第二流體；同時(shí)進(jìn)行的如下并行步驟提供動(dòng)力以使所述第二流體經(jīng)生物反應(yīng)器的入口通路進(jìn)入其反應(yīng)室，在反應(yīng)室中與第 一流體進(jìn)行反應(yīng)，再經(jīng)生物反應(yīng)器的出口通路回流，形成循環(huán)回路；提供動(dòng)力使生物反應(yīng)器繞其芯軸旋轉(zhuǎn)以使其反應(yīng)室中的第一流體與第二流體均勻充 分反應(yīng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的生物反應(yīng)器控制方法，其特征在于，其還包括另一并行步 驟在循環(huán)回路中將氧氣與第二流體相溶合。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的生物反應(yīng)器控制方法，其特征在于，其還包括另一并 行步驟等時(shí)間間隔地切換循環(huán)回路中的第二流體的流向。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種生物反應(yīng)器及其控制系統(tǒng)和方法，其主要改進(jìn)在于其中的生物反應(yīng)器，其包括筒體、芯軸及濾膜，筒體具有兩端壁和與該兩端壁連成一體的柱壁，兩端壁與柱壁共同定義一反應(yīng)室以提供給溶合了第一物質(zhì)的第一流體和溶合了第二物質(zhì)的第二流體進(jìn)行反應(yīng)，芯軸橫貫筒體的兩端壁設(shè)置，芯軸兩端分別形成供第二流體進(jìn)入該反應(yīng)室的入口通路和供第二流體自反應(yīng)室流出的出口通路，該濾膜包覆該芯軸，以阻止第一物質(zhì)、允許第二物質(zhì)通過(guò)，濾膜與芯軸之間形成有縫隙，所述濾膜至少一處被結(jié)扎件所結(jié)扎。本發(fā)明綜合解決了現(xiàn)有的生物反應(yīng)器存在的灌注不均、死腔、堵塞及交換率低等問(wèn)題。
文檔編號(hào)C12M3/00GK101838610SQ201010130360
公開(kāi)日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月19日
發(fā)明者周煥城, 徐小平, 汪艷, 潘明新, 高毅 申請(qǐng)人:南方醫(yī)科大學(xué)珠江醫(yī)院