專利名稱：勢差循環(huán)式生物反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用重力勢能推動培養(yǎng)液循環(huán)的勢差循環(huán)式生物反應(yīng)器，該生物反應(yīng)器主要用于動物細(xì)胞培養(yǎng)以及利用動物細(xì)胞進(jìn)行生物技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)，也可用于昆蟲細(xì)胞和植物細(xì)胞和微生物的培養(yǎng)及其生物技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)。
背景技術(shù)：
利用培養(yǎng)的動物細(xì)胞(包括人類細(xì)胞)進(jìn)行生命科學(xué)研究，細(xì)胞移植治療臨床疾病和生產(chǎn)生物技術(shù)產(chǎn)品(如蛋白類，多肽類，核酸類，抗體類，病毒載體和病毒疫苗類)的生產(chǎn)， 往往需要進(jìn)行高效的和規(guī)?；膭游锛?xì)胞培養(yǎng)，因此需要研發(fā)和生產(chǎn)能滿足高效率和規(guī)?；a(chǎn)的動物細(xì)胞反應(yīng)器。所謂動物生物反應(yīng)器就是在人工設(shè)定的溫度、PH和溶氧等條件下進(jìn)行大規(guī)模的動物細(xì)胞培養(yǎng)以及利用這些大規(guī)模培養(yǎng)的動物細(xì)胞進(jìn)行生物技術(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)的裝置。由于動物細(xì)胞生長緩慢且無細(xì)胞壁，對溫度和PH等環(huán)境變化適應(yīng)能力差以及對通氣和攪拌造成的剪切力敏感，因此，在進(jìn)行動物細(xì)胞培養(yǎng)時，要在適宜的溫度和Ph環(huán)境下，提供細(xì)胞最充分的氧氣(02)和營養(yǎng)物質(zhì)，而最大限度地避免攪拌和充氣氣泡造成的剪切損傷。這也是動物細(xì)胞反應(yīng)器與其他反應(yīng)器(如微生物發(fā)酵罐)不同之處。近幾十年來科學(xué)家們一直在致力于理想的動物生物反應(yīng)器的研發(fā)和生產(chǎn)，目前從逐級放大到工業(yè)化生產(chǎn)已有不同類型生物反應(yīng)器進(jìn)入市場，例如多層板反應(yīng)器、轉(zhuǎn)瓶培養(yǎng)器、塑料袋增殖器、螺旋膜反應(yīng)器、管式螺旋反應(yīng)器、陶質(zhì)矩形通道蜂窩狀反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器、中空纖維反應(yīng)器， 膜式反應(yīng)器、攪拌反應(yīng)器、氣升式反應(yīng)器和灌流式反應(yīng)器等，其原理都是盡可能提高氣液接觸和氣液交換以增加培養(yǎng)液的溶氧，以盡可能小的剪切力實(shí)現(xiàn)充分混合以滿足細(xì)胞對氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)的需求。從培養(yǎng)細(xì)胞的生長形式分來看，上述生物反應(yīng)器可為懸浮培養(yǎng)式和貼壁培養(yǎng)式兩大類。懸浮培養(yǎng)式生物反應(yīng)器主要用于非貼壁細(xì)胞的懸浮培養(yǎng)和貼壁細(xì)胞-微載體的懸浮培養(yǎng)，所謂非貼壁型細(xì)胞，即是無需附著于支持物表面即可生長，包括血液、淋巴組織細(xì)胞、許多腫瘤細(xì)胞及某些轉(zhuǎn)化細(xì)胞。這類細(xì)胞需要進(jìn)行懸浮培養(yǎng)。無血清懸浮培養(yǎng)是用純化的人源或動物來源的已知蛋白或激素代替動物血清的一種細(xì)胞培養(yǎng)方式，它能減少后期純化工作，提高產(chǎn)品質(zhì)量，正逐漸成為動物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)的趨勢。所謂貼壁型細(xì)胞，則是需要附著于帶適量電荷的支持物表面才能生長的細(xì)胞，大多數(shù)動物細(xì)胞，非淋巴組織細(xì)胞和許多異倍體細(xì)胞均屬于這一類。盡管各種生物反應(yīng)器在結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)細(xì)胞類型，動力傳遞，規(guī)模，效率，剪切力，操作復(fù)雜性，是否交叉污染和價格等方面各有不同，但能在國內(nèi)外形成主流產(chǎn)品的主要包括有 轉(zhuǎn)瓶生物反應(yīng)器，磁力攪拌生物反應(yīng)器，NBS為代表的籠式生物反應(yīng)器，WAVE波浪式生物反應(yīng)器和AP激流式生物反應(yīng)器等。其中轉(zhuǎn)瓶反應(yīng)器可進(jìn)行貼壁細(xì)胞培養(yǎng)，具有剪切力小的優(yōu)點(diǎn)；磁力攪拌反應(yīng)器對非貼壁細(xì)胞和貼壁細(xì)胞_微載體均可進(jìn)行懸浮培養(yǎng)，但磁力攪拌剪切力較大；無論轉(zhuǎn)瓶反應(yīng)器還是磁力攪拌反應(yīng)器，都只能進(jìn)行小規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)或?yàn)橐?guī)?；囵B(yǎng)提供種子放大，勞動強(qiáng)度大，效率低，不能規(guī)?；蛘哒f是批量化生產(chǎn)，就難以質(zhì)量控制，此外非一次性使用，存在交叉污染問題。市場上能夠進(jìn)行規(guī)?；I(yè)化生產(chǎn)的代表性主流生物反應(yīng)器主要有三種，一是NBS靜止灌流式生物反應(yīng)器，二是WAVE搖袋式生物反應(yīng)器， 三是安普激流式反應(yīng)器。NBS靜止灌流式生物反應(yīng)器是利用培養(yǎng)液鼓泡充氧，攪拌漿攪拌循環(huán)，對靜止生長在籠內(nèi)的膜片載體上的細(xì)胞進(jìn)行灌流式培養(yǎng)，具有剪切力小和適于大規(guī)模貼壁細(xì)胞培養(yǎng)，缺點(diǎn)是不適于懸浮培養(yǎng)，因攪拌的剪切力過大會對懸浮培養(yǎng)的細(xì)胞組成損傷，而且該設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，還存在操作技術(shù)難度大，價格昂貴，非一次性使用存在清洗消毒的費(fèi)時費(fèi)力和交叉污染問題。WAVE搖袋式生物反應(yīng)器是將細(xì)胞培養(yǎng)在一次性塑料軟袋中進(jìn)行培養(yǎng)，通過搖袋產(chǎn)生波浪，使細(xì)胞懸浮，培養(yǎng)液混合，氣體交換，其剪切力相對較小， 適于非貼壁細(xì)胞和微載體-貼壁細(xì)胞的懸浮培養(yǎng)。其主要缺點(diǎn)是該產(chǎn)品對貼壁細(xì)胞不能高密度的培養(yǎng)，據(jù)報道，至少10倍到100倍低于像靜止灌流式培養(yǎng)。對懸浮培養(yǎng)的細(xì)胞，小體 積培養(yǎng)時，不能產(chǎn)生足夠的波浪使細(xì)胞懸浮，細(xì)胞沉積在袋底，在搖動過程中相互摩擦而損傷，因此小規(guī)模放大時，往往需要借助轉(zhuǎn)瓶或磁力攪拌培養(yǎng)瓶。其次，不同型號的WAVE 培養(yǎng)袋要用與之匹配的搖擺器，小袋部能用大搖擺器，大袋也不能用小搖擺器，要從小規(guī)模培養(yǎng)經(jīng)逐級放大到大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)需要購買一系列昂貴的設(shè)備。此外，WAVE搖袋是塑料軟袋，加上相連的一系列管道，操作也比較復(fù)雜。安普激流式反應(yīng)器具有溶氧高，剪切力小和一次性激流式反應(yīng)袋無交叉污染的優(yōu)點(diǎn)，但僅可用于規(guī)模化貼壁細(xì)胞的靜止培養(yǎng)，不能用于非貼壁細(xì)胞的懸浮培養(yǎng)，因?yàn)槔萌鋭颖卯a(chǎn)生的培養(yǎng)液循環(huán)會反復(fù)擠壓懸浮培養(yǎng)的細(xì)胞。該設(shè)備也較昂貴，操作也較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，剪切力小、混合換氣效果好，既適于小規(guī)模制備又能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的勢差循環(huán)式生物反應(yīng)器。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種勢差循環(huán)式生物反應(yīng)器，該反應(yīng)器包括內(nèi)腔的上部為容氣室、下部為容液室的容器體，該容器體的側(cè)壁上于容氣室和容液室的鄰接處具有向側(cè)面延伸的側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)，側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)的內(nèi)端口與容器體的內(nèi)腔連通，側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)的外端口上連通設(shè)置有循環(huán)管，循環(huán)管的下端口與容器體的內(nèi)腔的底部連通，循環(huán)管的管道內(nèi)或下端口處設(shè)置有單向泄流閥。所述的循環(huán)管的上段由容器體的外側(cè)壁處延伸至側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)的外端口處并緊貼側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)的下方設(shè)置。所述單向泄流閥結(jié)構(gòu)為兩個以上的袋狀柔性瓣膜，袋狀柔性瓣膜的袋口朝向容器體的內(nèi)腔，袋狀柔性瓣膜的外側(cè)面對應(yīng)設(shè)置在循環(huán)管的內(nèi)壁上。所述的單向泄流閥結(jié)構(gòu)位于循環(huán)管的下端口處，單向泄流閥結(jié)構(gòu)為與循環(huán)管的下端口形狀吻合的閘板型的軟膜片，軟膜片開合貼設(shè)在循環(huán)管的下端口上，循環(huán)管的下端口處具有嵌設(shè)軟膜片的直徑大于循環(huán)管的內(nèi)管徑的沉孔。所述的循環(huán)管上串設(shè)有內(nèi)部裝載有用于貼附細(xì)胞的膜片載體的灌流柱。所述容器體的內(nèi)腔的上部為橢圓柱狀、底部為半橢球狀，所述側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)為兩個，分別位于容器體的長軸的兩端。所述容氣室的上端開口上設(shè)置有容器蓋，容氣室的側(cè)壁上設(shè)有透氣窗口，透氣窗口上設(shè)置有濾菌膜。所述容氣室的上端開口上密封設(shè)置有容器蓋，容氣室的側(cè)壁上連通設(shè)置有進(jìn)氣管口、出氣管口、進(jìn)出液管口和取樣管口、PH感受器接口和DO感受器接口。所述側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)和循環(huán)管上段可相對于容器體上下擺動。所述容氣室的側(cè)壁具有可上下伸縮的彈性疊壓段，容氣室的側(cè)壁于伸縮段的上部設(shè)置有另一端與側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)的外端頭連接的擺動桿。本發(fā)明的容器體的側(cè)壁上在容氣室和容液室鄰接處具有向側(cè)面延伸的側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)，側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)的內(nèi)端口與容器體的內(nèi)腔連通，側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)的外端口連接有循環(huán)管， 循環(huán)管道的下端口與容器體的內(nèi)腔的底部連通，循環(huán)管的管道中或是循環(huán)管的下端口處設(shè)置有單向泄流閥。當(dāng)任何動力驅(qū)動本發(fā)明左右搖擺，或者驅(qū)動側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)上下擺動時，在單向泄流閥的作用下，即可造成循環(huán)管上段與容液室內(nèi)的液面形成高度差，也就是循環(huán)管上段內(nèi)的培養(yǎng)液與容液室內(nèi)培養(yǎng)液的形成重力勢能差，這種重力勢能差所儲蓄的重力勢能即可推動培養(yǎng)液經(jīng)下部循環(huán)管道向容器底部流動，而原本處于容液室底部的培養(yǎng)液會從底部向上翻，造成培養(yǎng)液在容液室與循環(huán)管道之間反復(fù)循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)充分的氣液交換和高效的培養(yǎng)液混合，這種循環(huán)簡單有效，混合換氣效果好，循環(huán)剪切力極小，并且混合換氣效果好，既能懸浮培養(yǎng)又可靜止培養(yǎng)，既可適于小規(guī)模制備又能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。由于本發(fā)明的側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)位于容氣室與容液室的臨接處，在實(shí)用時，培養(yǎng)液的液面會處于側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)內(nèi)腔的中間部位，這樣側(cè)翼腔道的上部充滿氣體，而下部充滿培養(yǎng)液，可以增加氣體的交換面積。進(jìn)一步增強(qiáng)換氣效果。本發(fā)明的單向泄流閥結(jié)構(gòu)為兩個以上的袋狀柔性瓣膜，袋狀柔性瓣膜的袋口朝向下開口的端口，袋狀柔性瓣膜通過一側(cè)面設(shè)置在循環(huán)管道的內(nèi)壁上，在外力驅(qū)動本發(fā)明的反應(yīng)器側(cè)向搖擺，或者驅(qū)動側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)上下擺動的過程中，當(dāng)側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)位置降低時， 培養(yǎng)液會從容器體的內(nèi)腔進(jìn)入側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔，然后進(jìn)入循環(huán)管道內(nèi)，而此時位于容液室底部的循環(huán)管道的下端口內(nèi)側(cè)的培養(yǎng)液將柔性瓣膜袋充滿，袋狀柔性瓣膜膨脹將下端口封死，當(dāng)側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)位置升高時，培養(yǎng)液從循環(huán)管道內(nèi)擠壓袋狀柔性瓣膜，袋狀柔性瓣膜內(nèi)的液體被擠出，袋狀柔性瓣膜體積變小，培養(yǎng)液就會由下開口處排出，這種瓣膜為仿生結(jié)構(gòu)，單向通流的可靠性高，袋狀柔性瓣膜體為柔性，剪切力極小。本發(fā)明的容器體的上端開口上設(shè)置有容器蓋，容氣室的側(cè)壁上間隔連通設(shè)置有進(jìn)氣口和出氣口，當(dāng)培養(yǎng)容器的體積較大時，培養(yǎng)液僅通過培養(yǎng)容器上端透氣口與培養(yǎng)箱內(nèi)氣體交換而溶解的氧無法滿足需要時，可通過進(jìn)氣口往培養(yǎng)容器中充氧，同時通過出氣口排出生物體產(chǎn)生的廢氣，可以很好的保證生物體的生長活動。本發(fā)明的循環(huán)管上串設(shè)有灌流柱，在灌流柱內(nèi)貼附上貼壁細(xì)胞，就可進(jìn)行靜止灌流培養(yǎng)，在進(jìn)行懸浮培養(yǎng)時將灌流柱去掉即可，因此本發(fā)明既可進(jìn)行懸浮培養(yǎng)，又可進(jìn)行靜止灌流培養(yǎng)，適應(yīng)范圍廣泛。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的主視圖的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1的左視圖3是圖1的俯視圖4是本發(fā)明實(shí)施例1的加設(shè)底座后的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是圖1中袋狀柔性瓣膜一個視角的立體圖；圖6是圖1中袋狀柔性瓣膜的結(jié)構(gòu)示意圖7是圖1中袋狀柔性瓣膜的工作原理圖8是本發(fā)明實(shí)施例1的單向泄流閥結(jié)構(gòu)的另一種形式；
圖9是本發(fā)明實(shí)施例1的單向泄流閥結(jié)構(gòu)的另一種形式的工作原理圖10是本發(fā)明實(shí)施例2的主視圖的結(jié)構(gòu)示意圖11是本發(fā)明實(shí)施例3的主視圖的結(jié)構(gòu)示意圖12是本發(fā)明實(shí)施例4的主視圖的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式一種勢差循環(huán)式生物反應(yīng)器的實(shí)施例1，在圖廣7中，該反應(yīng)器包括容器體，容器體的內(nèi)腔分為上下兩部分，上部為容氣室1、下部為容液室2。容器體的側(cè)壁上具有兩個向兩側(cè)延伸的側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)4，側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)4位于容氣室和容液室的鄰接處，側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu) 4具有內(nèi)外兩個端口，側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)4的內(nèi)端口與容器體的內(nèi)腔連通，側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)4的外端口與循環(huán)管5的上端口連通，循環(huán)管5的上段緊貼側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)4的下方設(shè)置，循環(huán)管5 的上端由容器體的側(cè)壁處延伸至側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)4的外端口處，側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)4的外端口與循環(huán)管5的上端口移行連通。循環(huán)管5的中間段以及下段沿容器體的外側(cè)壁下移，循環(huán)管 5的下端口與容器體的內(nèi)腔的底部連通。循環(huán)管5的下端口處設(shè)置有的內(nèi)側(cè)設(shè)置有袋狀柔性瓣膜7，袋狀柔性瓣為三個，袋狀柔性瓣膜7的袋口朝向容器體的內(nèi)腔，袋頂朝向循環(huán)管5 的內(nèi)部，三個袋狀柔性瓣膜7均布在將循環(huán)管5的下端口處并將循環(huán)管5的下端口封嚴(yán)，袋狀柔性瓣膜7與循環(huán)管5的管壁相鄰的外側(cè)面固定設(shè)置在循環(huán)管5的管壁上，袋狀柔性瓣膜為仿生結(jié)構(gòu)，仿造生物體血管內(nèi)的瓣膜設(shè)計(jì)，袋狀柔性瓣膜可以是半月形的口袋狀，也可以是半橢球形的口袋狀。圖7為袋狀柔性瓣膜的單向流通原理圖，當(dāng)液流由袋頂流向袋口時，袋狀柔性瓣膜中的液體將被擠出，各袋狀柔性瓣膜被擠向循環(huán)管5的管壁處，液流由循環(huán)管的中心處流過，當(dāng)液流由袋口返流向袋頂時，袋狀柔性瓣膜中將充滿液體，液體將袋狀柔性瓣膜撐大，各個袋狀柔性瓣膜7將循環(huán)管5的下端口封上，從而實(shí)現(xiàn)單向流通的目的。容器體的下方設(shè)置有底座17，底座17為平板狀的，底座17的長度方向與側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)4的伸展方向一致，在底座17的寬度方向的兩側(cè)設(shè)置有支架16，支架16的下端固定在底座17上，支架16的上端通過轉(zhuǎn)動銷15鉸接在容器體的側(cè)壁上，這樣，容器體可以相對于底座轉(zhuǎn)動。當(dāng)需要容器體與底座17 —起擺動時，可以將轉(zhuǎn)動銷15固定在支架16上，同時也將轉(zhuǎn)動銷與容器體固定，阻止容器體相對于底座轉(zhuǎn)動。本實(shí)施例中的單向泄流閥結(jié)構(gòu)為袋狀柔性瓣膜，單向泄流閥也可以采用如圖8所示的結(jié)構(gòu)，在圖8中，循環(huán)管5的下端口的外側(cè)貼設(shè)有閘板型的軟膜片13，軟膜片13的外緣大于循環(huán)管5的下端口的內(nèi)徑，循環(huán)管5的下端口處具有直徑大于循環(huán)管5的內(nèi)管徑的沉孔，軟膜片13嵌設(shè)在該沉孔中，該沉孔可以設(shè)置在循環(huán)管5的下端口的端面上，也可以設(shè)置在容器體的內(nèi)腔的腔壁上。圖9為軟膜片13單向流通原理圖，當(dāng)液流由循環(huán)管的外側(cè)向內(nèi)流動時，液流的壓力會將軟膜片13壓緊在循環(huán)管5的下端口處的沉孔的底面上，實(shí)現(xiàn)循環(huán)管的下端口的關(guān)閉，當(dāng)液流由循環(huán)管的內(nèi)側(cè)向外流動時，液流會壓開貼設(shè)在循環(huán)管5的下端口上的軟膜片13，循環(huán)管的下端口的打開，液流順利通過。

作為本實(shí)施例的改進(jìn)容氣室1的上端開口上密封設(shè)置有容器蓋6，容氣室1的側(cè)壁上連通設(shè)置有進(jìn)氣管口 9、出氣管口 10、進(jìn)液管口 8和出液管口 3、PH感受器接口 11和DO 感受器接口 12，和取樣管口 14。進(jìn)氣管口 9、出氣管口 10、進(jìn)液管口 8和出液管口 3、PH感受器接口 11和DO感受器接口 12和和取樣管口 14均與容氣室1連通。一種勢差循環(huán)式生物反應(yīng)器的實(shí)施例2，在圖10中，本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于本實(shí)施例中的循環(huán)管5的中間部位串設(shè)有灌流柱20，灌流柱20為柱狀管，灌流柱20的內(nèi)部裝載有膜片載體，膜片載體用于供細(xì)胞貼附。灌流柱為現(xiàn)有的一種培養(yǎng)貼壁細(xì)胞的結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中的勢差循環(huán)式生物反應(yīng)器的其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相應(yīng)結(jié)構(gòu)一樣。一種勢差循環(huán)式生物反應(yīng)器的實(shí)施例3，在圖11中，本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于本實(shí)施例中容器體的內(nèi)腔中固設(shè)有灌流柱19，灌流柱19為為外形與容器體的內(nèi)腔吻合的腔體，灌流柱19的內(nèi)部轉(zhuǎn)載有膜片載體，膜片載體用于供細(xì)胞貼附。灌流柱為現(xiàn)有的一種培養(yǎng)貼壁細(xì)胞的結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中的勢差循環(huán)式生物反應(yīng)器的其他結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相應(yīng)結(jié)構(gòu)一樣。一種勢差循環(huán)式生物反應(yīng)器的實(shí)施例4，在圖12中，本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于本實(shí) 施例的容氣室1的側(cè)壁上具有一端可上下伸縮的彈性疊壓段23，擺動桿22的一端鉸接設(shè)置在容氣室1的側(cè)壁上，擺動桿22在容氣室1側(cè)壁上鉸接點(diǎn)位于彈性疊壓段23的上部，擺動桿22的另一端鉸接設(shè)置在側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)4的外端頭上，側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)4與容器體的結(jié)合處為柔性材料，側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)4可相對于容器體擺動。本實(shí)施例中的勢差循環(huán)式生物反應(yīng)器的其他結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相應(yīng)結(jié)構(gòu)一樣。本實(shí)施例的擺動桿與容器體和側(cè)翼腔體結(jié)構(gòu)之間均為鉸接設(shè)置，當(dāng)容器體與側(cè)翼腔體結(jié)構(gòu)均為較軟的硅膠，乳膠膠材料或是塑料制成時，擺動桿與容器腔和側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)也可以直接固定。本實(shí)施例中的擺動桿也可以用提拉絲代替。以上實(shí)施例中的側(cè)翼腔體結(jié)構(gòu)與循環(huán)管為一體設(shè)置，在側(cè)翼腔體結(jié)構(gòu)的外端口處折回，折回段即為循環(huán)管的上段。以上實(shí)施例中容器體的內(nèi)腔的上部為橢圓柱狀、底部為半橢球狀，兩個側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)分別位于容器體的長軸的兩端。以上實(shí)施例中的容氣室側(cè)壁上設(shè)置了進(jìn)氣管口、出氣管口、進(jìn)液管口，出液管口和取樣管口、PH感受器接口和DO (溶氧度)感受器接口，當(dāng)容器體的體積較小時，不需要在容氣室的側(cè)壁上設(shè)置這些口。這時只在容氣室的側(cè)壁上設(shè)置透氣窗口，通過透氣窗口實(shí)現(xiàn)換氣，為了防止外界的細(xì)菌污染容器體內(nèi)腔中的培養(yǎng)液，可以在透氣窗口上設(shè)置濾菌膜。以上實(shí)施例中的袋裝柔性瓣膜設(shè)置在循環(huán)管的下端口處，也可以將袋裝柔性瓣膜設(shè)置在循環(huán)管的管腔中。 以上實(shí)施例中的袋裝柔性瓣膜可以一體設(shè)置在循環(huán)管上。以上實(shí)施例中的側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)可以設(shè)置成扁圓狀的，相應(yīng)的循環(huán)管的上段位于側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)形狀適應(yīng)的扁圓狀。以上實(shí)施例的袋狀柔性瓣膜為兩個，也可以為更多。以上實(shí)施例中的循環(huán)管的上段緊貼側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)的下方設(shè)置，也可以不緊貼側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)的下方設(shè)置，循環(huán)管有側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)的外端口處直接垂下來。以上實(shí)施例的容器體的容液室和循環(huán)管道的腔面均為流暢的弧線形且表面光滑， 當(dāng)培養(yǎng)液流動時產(chǎn)生盡可能小的剪切力，仿生物心血管瓣膜的袋狀柔性單向泄流閥，已被證明對血液循環(huán)細(xì)胞具有最小的剪切力；靠重力勢能推動的循環(huán)所產(chǎn)生的剪切力遠(yuǎn)比機(jī)械性攪拌，波浪混合，和蠕動泵循環(huán)所產(chǎn)生的剪切力要小。以上實(shí)施例中是一種利用重力勢能推動培養(yǎng)液循環(huán)的勢差循環(huán)式生物反應(yīng)器，這種反應(yīng)器是從仿生學(xué)的角度設(shè)計(jì)的。 在以上實(shí)施例中的勢差循環(huán)式生物反應(yīng)器工作時，可以通過各種動力驅(qū)動反應(yīng)器擺動或是驅(qū)動反應(yīng)器的側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)連同循環(huán)管的上段相對于容器體擺動。在驅(qū)動側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)與循環(huán)管的上段擺動時，可以采用液壓缸的活塞頂壓側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)的外端，使其向上擺并使其在重力的作用下下擺，活著直接將側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)的外段固定在液壓缸的活塞桿上，讓活塞桿在上下移動的過程中驅(qū)動側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)連同循環(huán)管的上段上下擺動，形成驅(qū)動液流循環(huán)的勢差。也可以在容器體上設(shè)置上固定上驅(qū)動齒輪，驅(qū)動齒輪與傳動齒輪嚙合， 傳動齒輪由電機(jī)驅(qū)動，電機(jī)通過正反轉(zhuǎn)驅(qū)動容器體擺動。還可以在容器體上固定水平杠桿， 驅(qū)動水平杠桿擺動，實(shí)現(xiàn)容器體的擺動。生命科學(xué)告訴我們，從低等動物到人類，從小動物到龐大的大象，體重130噸的陸地動物恐龍，超過200噸重的鯨魚，無一不是通過循環(huán)為機(jī)體提供氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)的，因此，循環(huán)提供氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)的交換效率遠(yuǎn)比混合要高。動物實(shí)現(xiàn)循環(huán)，靠心臟這個剪切力最小的動力泵，而形成單向流的最關(guān)鍵結(jié)構(gòu)是剪切力極小的心血管瓣膜。動物心臟和心血管瓣膜的活動對每時每刻的都在循環(huán)且對剪切力非常敏感的紅細(xì)胞都沒有損傷，表明其剪切力極小，而心臟的人工機(jī)械瓣膜(耐磨可達(dá)100年)的成功臨床應(yīng)用，啟示利用人工機(jī)械瓣膜作為生物反應(yīng)器的單向流閥門進(jìn)行研發(fā)循環(huán)式生物反應(yīng)器是可行的，利用重力流為推動力也遠(yuǎn)比與目前的生物反應(yīng)器用的攪拌漿，波浪和蠕動泵所產(chǎn)生的剪切力要小得多。
權(quán)利要求
1.一種勢差循環(huán)式生物反應(yīng)器，其特征在于該反應(yīng)器包括內(nèi)腔的上部為容氣室、下部為容液室的容器體，該容器體的側(cè)壁上于容氣室和容液室的鄰接處具有向側(cè)面延伸的側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)，側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)的內(nèi)端口與容器體的內(nèi)腔連通，側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)的外端口上連通設(shè)置有循環(huán)管，循環(huán)管的下端口與容器體的內(nèi)腔的底部連通，循環(huán)管的管道內(nèi)或下端口處設(shè)置有單向泄流閥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的勢差循環(huán)式生物反應(yīng)器，其特征在于所述的循環(huán)管的上段由容器體的外側(cè)壁處延伸至側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)的外端口處并緊貼側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)的下方設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的勢差循環(huán)式生物反應(yīng)器，其特征在于所述單向泄流閥結(jié)構(gòu)為兩個以上的袋狀柔性瓣膜，袋狀柔性瓣膜的袋口朝向容器體的內(nèi)腔，袋狀柔性瓣膜的外側(cè)面對應(yīng)設(shè)置在循環(huán)管的內(nèi)壁上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的勢差循環(huán)式生物反應(yīng)器，其特征在于所述的單向泄流閥結(jié)構(gòu)位于循環(huán)管的下端口處，單向泄流閥結(jié)構(gòu)為與循環(huán)管的下端口形狀吻合的閘板型的軟膜片，軟膜片開合貼設(shè)在循環(huán)管的下端口上，循環(huán)管的下端口處具有嵌設(shè)軟膜片的直徑大于循環(huán)管的內(nèi)管徑的沉孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的勢差循環(huán)式生物反應(yīng)器，其特征在于所述的循環(huán)管上串設(shè)有內(nèi)部裝載有用于貼附細(xì)胞的膜片載體的灌流柱。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的勢差循環(huán)式生物反應(yīng)器，其特征在于所述容器體的內(nèi)腔的上部為橢圓柱狀、底部為半橢球狀，所述側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)為兩個，分別位于容器體的長軸的兩端。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的勢差循環(huán)式生物反應(yīng)器，其特征在于所述容氣室的上端開口上設(shè)置有容器蓋，容氣室的側(cè)壁上設(shè)有透氣窗口，透氣窗口上設(shè)置有濾菌膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的勢差循環(huán)式生物反應(yīng)器，其特征在于所述容氣室的上端開口上密封設(shè)置有容器蓋，容氣室的側(cè)壁上連通設(shè)置有進(jìn)氣管口、出氣管口、進(jìn)出液管口和取樣管口、PH感受器接口和DO感受器接口。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的勢差循環(huán)式生物反應(yīng)器，其特征在于所述側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)和循環(huán)管上段可相對于容器體上下擺動。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的勢差循環(huán)式生物反應(yīng)器，其特征在于所述容氣室的側(cè)壁具有可上下伸縮的彈性疊壓段，容氣室的側(cè)壁于伸縮段的上部設(shè)置有另一端與側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)的外端頭連接的擺動桿。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種勢差循環(huán)式生物反應(yīng)器，該反應(yīng)器包括內(nèi)腔的上部為容氣室、下部為容液室的容器體，該容器體的側(cè)壁上于容氣室和容液室的鄰接處具有向側(cè)翼延伸的側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)，側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)的內(nèi)端口與容器體的內(nèi)腔連通，側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)的外端口上連通設(shè)置有循環(huán)管，循環(huán)管的下端口與容器體的內(nèi)腔的底部連通，循環(huán)管的管道內(nèi)或下端口處設(shè)置有單向泄流閥。當(dāng)任何動力驅(qū)動本發(fā)明左右搖擺，或者驅(qū)動側(cè)翼腔道結(jié)構(gòu)上下擺動時，在單向泄流閥的作用下，即可造成循環(huán)管上段內(nèi)的液面與容液室內(nèi)的液面形成高度差，這種勢差可推動培養(yǎng)液經(jīng)下部循環(huán)管道向容器底部流動，并造成培養(yǎng)液在容液室和循環(huán)管道間的循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)充分的氣液交換和高效的培養(yǎng)液混合。
文檔編號C12M1/00GK102154100SQ20111000284
公開日2011年8月17日 申請日期2011年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月7日
發(fā)明者劉慧濤, 張明環(huán), 李順靈, 韓志強(qiáng) 申請人:鄭州威瑞生物技術(shù)有限公司