專(zhuān)利名稱(chēng)：一種軟膜生物反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物反應(yīng)器領(lǐng)域，特別是一種軟膜生物反應(yīng)器，該生物反應(yīng)器主要用于動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)以及利用動(dòng)物細(xì)胞進(jìn)行生物技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)，也可用于微生物、昆蟲(chóng)細(xì)胞和植物細(xì)胞的培養(yǎng)及其生物技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)。
背景技術(shù)：
生物反應(yīng)器(Bioreactor)是 用于實(shí)現(xiàn)生化反應(yīng)過(guò)程，特別是能夠控制培養(yǎng)條件以產(chǎn)生最佳的生物產(chǎn)品的容器，包括酶反應(yīng)器、固定細(xì)胞反應(yīng)器、各種細(xì)胞培養(yǎng)器和發(fā)酵罐等。生物反應(yīng)器可用于細(xì)菌、真菌、昆蟲(chóng)細(xì)胞、哺乳動(dòng)物細(xì)胞和植物細(xì)胞以及其他活細(xì)胞的體外培養(yǎng)，以進(jìn)行生命科學(xué)研究、臨床疾病的細(xì)胞移植治療和生物技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)，包括培養(yǎng)的生物體所產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物、抗體、蛋白、病毒、多糖、DNA，細(xì)胞組分，以及細(xì)胞衍生物等。生物體細(xì)胞根據(jù)其體外培養(yǎng)生長(zhǎng)方式是否需要貼附在支持物上分為兩類(lèi)，需要貼附在支持物上生長(zhǎng)的貼壁細(xì)胞(例如體外培養(yǎng)的大多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞)和不需要貼附在支持物上生長(zhǎng)的非貼壁細(xì)胞(例如微生物和來(lái)自血液、脾及骨髓培養(yǎng)的細(xì)胞及某些癌細(xì)胞)。從細(xì)胞的培養(yǎng)方式上來(lái)講，包括靜止式培養(yǎng)和懸浮式培養(yǎng)兩種。靜止式培養(yǎng)的細(xì)胞培養(yǎng)器包括常見(jiàn)的平面靜止培養(yǎng)用的細(xì)胞培養(yǎng)瓶以及中空纖維和填充床等灌流培養(yǎng)式生物反應(yīng)器。目前包括各種生物體細(xì)胞體外培養(yǎng)用培養(yǎng)容器中，應(yīng)用最廣泛的是平面靜止培養(yǎng)的細(xì)胞培養(yǎng)瓶和懸浮培養(yǎng)式生物反應(yīng)器。懸浮培養(yǎng)式生物反應(yīng)器廣泛應(yīng)用于微生物和非貼壁細(xì)胞的懸浮培養(yǎng)和對(duì)貼壁細(xì)胞進(jìn)行微載體懸浮培養(yǎng)。由于重力的作用，生物體細(xì)胞，特別是體積較大的動(dòng)物細(xì)胞具有在靜止?fàn)顟B(tài)下趨于沉淀的特性，懸浮培養(yǎng)式生物反應(yīng)器需要保持培養(yǎng)的生物體細(xì)胞懸浮狀態(tài)下生長(zhǎng)，就必須進(jìn)行充分的混合。因此，懸浮培養(yǎng)式生物反應(yīng)器的主要功能就是在盡可能低的剪切力的條件下產(chǎn)生充分的混合以使培養(yǎng)的細(xì)胞保持懸浮狀態(tài)并得到充分營(yíng)養(yǎng)和適當(dāng)?shù)难醴忠约疤岣邭?液界面的氣體交換效率以增加溶氧?，F(xiàn)有的平面靜止培養(yǎng)的細(xì)胞培養(yǎng)瓶和大多數(shù)懸浮培養(yǎng)式生物反應(yīng)器為硬質(zhì)材料的容器，包括實(shí)驗(yàn)室普遍使用的動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)瓶，微生物培養(yǎng)和動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)用的錐形瓶以及工業(yè)化規(guī)?；镏破飞a(chǎn)所使用的攪拌式生物反應(yīng)器和氣升式生物反應(yīng)器等。硬質(zhì)材料的生物反應(yīng)器存在的共同的缺陷是對(duì)反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)要求高，運(yùn)輸和保存占空間大，一次性使用成本高或不適于一次性使用等。由于硬質(zhì)材料的生物反應(yīng)器對(duì)液流沖擊沒(méi)有緩沖性，混懸培養(yǎng)液所產(chǎn)生的液流撞擊反應(yīng)器內(nèi)壁結(jié)構(gòu)或內(nèi)部裝置均可產(chǎn)生剪切力，從而導(dǎo)致對(duì)剪切力敏感的細(xì)胞，例如動(dòng)物細(xì)胞的損傷甚至導(dǎo)致細(xì)胞死亡，因此對(duì)反應(yīng)器內(nèi)壁結(jié)構(gòu)，攪拌式生物反應(yīng)器的攪拌槳，氣升式反應(yīng)器的氣體噴頭和引流筒以及消泡裝置等方面的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)要求高。此外，硬質(zhì)材料的生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜，價(jià)格較貴，重復(fù)使用也存在清洗，蒸汽滅菌和驗(yàn)證等方面耗時(shí)費(fèi)力和花費(fèi)高的問(wèn)題。與硬質(zhì)材料的生物反應(yīng)器相比，塑料軟膜材料的生物反應(yīng)器具有成本低廉，制備容易，具備化學(xué)惰性與培養(yǎng)液不發(fā)生反應(yīng)，良好的密封性和屏障性，不透水和不透氣，機(jī)械強(qiáng)度耐拉伸和耐彎曲性，經(jīng)予滅菌和驗(yàn)證達(dá)到GMP要求后，可免去用戶(hù)認(rèn)證的程序，可節(jié)省人力，時(shí)間，投資成本和運(yùn)營(yíng)成本，減少環(huán)境污染和排放等優(yōu)點(diǎn)。因此近年來(lái)逐漸出現(xiàn)軟膜材料的生物反應(yīng)器，例如美國(guó)WAVE生產(chǎn)的搖擺-波浪式軟袋生物反應(yīng)器(美國(guó)專(zhuān)利6，544，788)?，F(xiàn)有的軟袋生物反應(yīng)器主要為兩層軟膜經(jīng)周邊融合形成的枕頭形的二維軟袋生物反應(yīng)器，二維軟袋生物反應(yīng)器由于自身沒(méi)有支撐結(jié)構(gòu)，需要充氣才能使軟袋膨脹并保持其上部為氣體下部為液體的空間狀態(tài)，二維軟袋生物反應(yīng)器在注入培養(yǎng)液后易形成皺褶，從而產(chǎn)生較大的剪切力而損傷細(xì)胞，因此需要適當(dāng)?shù)闹魏蜖坷欢?，不?dāng)?shù)闹魏蜖坷部蓪?dǎo)致軟袋變形和皺褶，而且牽拉越緊，軟袋彈性越低，容納液體的容積越小，二維軟袋生物反應(yīng)器的容積與軟膜面積之比遠(yuǎn)較具有三維空間的立體軟膜生物反應(yīng)器為低，使用時(shí)所占空間大和使用效率低。此外，二維的枕頭狀軟袋不具三維容器的空間結(jié)構(gòu)，不方便操作，加上帶濾膜加熱器的進(jìn)出氣管道以及特殊的氣液灌流設(shè)備不適于小規(guī)模的細(xì)胞培養(yǎng)，也很難利用現(xiàn)有的培養(yǎng)箱和培養(yǎng)設(shè)備進(jìn)行培養(yǎng)。基于上述現(xiàn)有的平面靜止培養(yǎng)式培養(yǎng)瓶和懸浮培養(yǎng)式生物反應(yīng)器分別在結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，操作的方便性，成本花費(fèi)和一次性使用，混合過(guò)程產(chǎn)生剪切力等方面分別存在的不同 的缺點(diǎn)和不足，因此需要研發(fā)和生產(chǎn)能夠克服上述現(xiàn)有生物反應(yīng)器存在的缺點(diǎn)和不足的新型生物反應(yīng)器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種使用方便、成本低廉、非介入性混合、剪切力低、既適于貼壁靜止培養(yǎng)，又適于懸浮培養(yǎng)并可利用現(xiàn)有培養(yǎng)設(shè)備的一次性使用的軟膜生物反應(yīng)器。為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器采用以下技術(shù)方案軟膜生物反應(yīng)器，包括密閉的軟膜容器，所述軟膜容器包括底和三個(gè)以上的側(cè)壁，所述底為平底，每個(gè)側(cè)壁的內(nèi)壁面與底之間具有5 90°的夾角，相鄰的兩側(cè)壁之間在二者的連接處形成拐角，軟膜容器上設(shè)有至少一個(gè)內(nèi)外通透的連通口，所述連通口的下口沿位于使用時(shí)注入軟膜容器中的培養(yǎng)液的液面之上。所述軟膜容器通過(guò)其連通口連接有連通管，所述連通管與軟膜容器固定在一起且二者之間密封配合，連通管遠(yuǎn)離軟膜容器的一端螺紋裝配有端面密封的旋蓋或端面帶透氣濾膜的旋蓋。所述軟膜容器的底和側(cè)壁由一張軟膜構(gòu)成，軟膜容器的側(cè)壁的內(nèi)壁面與底之間的夾角由軟膜折疊形成，相鄰兩側(cè)壁在二者之間的連接處被熱壓融合在一起并密封配合。所述軟膜容器固連有至少一個(gè)進(jìn)氣管和通過(guò)軟膜容器的內(nèi)腔與所述進(jìn)氣管連通的出氣管，所述進(jìn)、出氣管均與軟膜容器密封配合并分別通過(guò)軟膜容器上的對(duì)應(yīng)的連通口與軟膜容器的內(nèi)腔連通。軟膜容器上設(shè)有供液體注入或放出的常閉導(dǎo)液管、用于監(jiān)測(cè)使用時(shí)注入軟膜容器中的培養(yǎng)液的酸堿度的PH傳感器和用于監(jiān)測(cè)使用時(shí)注入軟膜容器中的培養(yǎng)液的溶氧度的DO傳感器，所述導(dǎo)液管、PH傳感器和DO傳感器分別位于相鄰的兩側(cè)壁與底的共同交匯處且三者的位置不同，導(dǎo)液管、PH傳感器和DO傳感器均與軟膜容器密封配合。軟膜容器的相鄰兩側(cè)壁之間和/或底與側(cè)壁之間被熱壓融合在一起并形成向軟膜容器外部延伸的融合緣，所述融合緣為由兩層軟膜被熱壓融合在一起后形成的融合膜。
所述軟膜容器呈棱錐形或截頭棱錐形，軟膜容器的底形成棱錐或截頭棱錐的底，軟膜容器的側(cè)壁形成棱錐或截頭棱錐的側(cè)面。所述軟膜生物反應(yīng)器還包括用于蓋設(shè)在所述軟膜容器上以防止軟膜容器內(nèi)部的培養(yǎng)液受外界污染的隔離帽，所述隔離帽在蓋上軟膜容器時(shí)遮蔽軟膜容器的連通口，當(dāng)所述隔離帽在蓋上軟膜容器時(shí)，其內(nèi)壁面與連通管口之間具有透氣間隙。所述隔離帽的其中一個(gè)側(cè)壁上設(shè)置有通氣窗口，通氣窗口上密封融合有透氣濾菌膜，當(dāng)隔離帽蓋上軟膜容器時(shí)，透氣濾菌膜遮蔽軟膜容器的連通口。所述軟膜容器呈倒臥放置的三棱柱形。由于本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器采用的是軟膜容器，因此成本低廉，而且軟膜材料，特別是塑料軟膜具有良好的彈性，可以緩沖液流正面向軟膜容器的側(cè)壁的沖擊，軟膜的彈性產(chǎn)生的彈性回縮力可以使液流產(chǎn)生波浪而增強(qiáng)溶氧和混合效果，結(jié)合側(cè)壁的內(nèi)壁面與底之間的夾角和相鄰的側(cè)壁之間的拐角的存在，當(dāng)液流沖擊軟膜容器的側(cè)壁時(shí)，夾角和拐角提供膨脹空間并產(chǎn)生對(duì)液體的緩沖能力和彈性回縮力，從而在其彈性回縮力作用下使液體 產(chǎn)生波浪，使用時(shí)，注入軟膜容器中的培養(yǎng)液在混合過(guò)程中產(chǎn)生液體流動(dòng)，當(dāng)液流沖向所述夾角和拐角位置時(shí)，側(cè)壁和底之間的夾角以及側(cè)壁與側(cè)壁之間的拐角的角度在液流的作用下自動(dòng)的變大，從而對(duì)液流的流動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償緩沖，進(jìn)而減小了培養(yǎng)對(duì)象在該處受到的剪切力和沖擊，防止因受到剪切力或沖擊而損傷；另外，軟膜容器具有底和三個(gè)以上的側(cè)壁，各側(cè)壁的內(nèi)壁面與底之間具有5 90°的夾角，相鄰的兩側(cè)壁之間在二者的鄰接處形成拐角，根據(jù)三角形穩(wěn)定性的原理，相鄰的兩側(cè)壁之間形成的拐角構(gòu)成軟膜容器內(nèi)部的三維空間的基礎(chǔ)，可有效地防止側(cè)壁的倒塌，其原理如砌墻一樣，當(dāng)相鄰的兩墻壁之間具有一拐角時(shí)，二者之間便可形成相互的支撐，不容易倒塌，本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的軟膜容器的相鄰的兩側(cè)壁便相當(dāng)于砌墻過(guò)程形成拐角的兩個(gè)墻壁，從而使得軟膜容器不需要鼓氣便可像硬質(zhì)容器一樣靠自身保持內(nèi)部的三維空間結(jié)構(gòu)，使用時(shí)像硬質(zhì)容器一樣方便，可將本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器裝在現(xiàn)有的培養(yǎng)箱和/或混合驅(qū)動(dòng)裝置，例如軌道搖床、平面回旋裝置、空間回旋裝置、傾斜旋轉(zhuǎn)裝置或搖擺驅(qū)動(dòng)裝置等進(jìn)行混合驅(qū)動(dòng)，反應(yīng)器內(nèi)液體產(chǎn)生波浪或渦流形式的液體流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)充分的混合和高效的氣體交換。當(dāng)然，當(dāng)使用本發(fā)明的大型軟膜生物反應(yīng)器超過(guò)了現(xiàn)有商業(yè)化培養(yǎng)箱的大小時(shí)，可通過(guò)與配套的大型恒溫箱或恒溫室以及與之大小適應(yīng)的混合驅(qū)動(dòng)裝置配合來(lái)實(shí)現(xiàn)。更進(jìn)一步的，所述軟膜容器上連接有與連通口連通的連通管，連通管上通過(guò)螺紋旋裝有旋蓋，連通管既是注入培養(yǎng)液和培養(yǎng)細(xì)胞以及收獲培養(yǎng)的生物產(chǎn)品的門(mén)戶(hù)，也是實(shí)現(xiàn)軟膜容器腔內(nèi)外氣體交換的通道。旋蓋可防止外界環(huán)境中的細(xì)菌和塵埃等的污染，工作過(guò)程中，可用旋松旋蓋的方式通過(guò)旋蓋與連通管之間的配合處的間隙來(lái)實(shí)現(xiàn)軟膜容器與外界的氣體交換；當(dāng)使用端面帶透氣濾膜的旋蓋時(shí)，可將旋蓋旋緊，氣體通過(guò)旋蓋端面的透氣濾膜來(lái)實(shí)現(xiàn)軟膜容器與外界的氣體交換；軟膜容器的相鄰的兩側(cè)壁之間設(shè)置所述融合緣，除具有支撐作用外，還作為外力牽拉固定軟膜容器的牽拉結(jié)構(gòu)，可通過(guò)與融合緣對(duì)應(yīng)的牽拉固定結(jié)構(gòu)配合牽拉軟膜容器，即使是在軟膜容器的體積很大或使用時(shí)盛裝在軟膜容器中的培養(yǎng)液對(duì)側(cè)壁的沖擊很大的情況下，也可保證軟膜容器中一直保持有一個(gè)三維空間，不會(huì)因反應(yīng)器過(guò)大而倒塌；由于融合緣是位于軟膜容器圍成的三維空間的外部，即其不直接圍成軟膜容器的空腔，因此直線牽拉軟膜容器各壁兩側(cè)的融合緣，既不會(huì)導(dǎo)致軟膜容器產(chǎn)生褶皺，也不會(huì)像二維軟袋那樣因牽拉而縮小軟膜容器的容積，當(dāng)在軟膜容器的側(cè)壁和底之間設(shè)置所述融合緣時(shí)，可通過(guò)固定所述融合緣將軟膜容器固定在相應(yīng)的位置處，以保證其穩(wěn)定工作；軟膜容器的底和側(cè)壁由一張軟膜構(gòu)成，并且側(cè)壁與底之間的過(guò)渡結(jié)構(gòu)為翻折結(jié)構(gòu)而非其它的配合結(jié)構(gòu)，利用了軟膜自然的光滑性形成光滑過(guò)渡的轉(zhuǎn)角，進(jìn)一步的減少了軟膜熱壓融合或粘接等方式造成的光滑度降低所帶來(lái)的剪切力；當(dāng)本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的容積較大時(shí)，可通過(guò)所述進(jìn)氣管向軟膜容器內(nèi)人工主動(dòng)供氣，以滿(mǎn)足反應(yīng)所需的氧氣的需求，通過(guò)出氣口排出與培養(yǎng)液氣體交換后的氣體，由于進(jìn)、出氣管均與軟膜容器密封配合并分別通過(guò)軟膜容器上的對(duì)應(yīng)的連通口與軟膜容器的內(nèi)腔連通，而連通口的下口沿位于使用時(shí)注入軟膜容器中的培養(yǎng)液的液面之上，一方面防止培養(yǎng)液流入連通管而漏出，另一方面可防止充入的氣體在使用時(shí)盛裝在軟膜容器中的培養(yǎng)液中形成氣泡，避免因氣泡破裂產(chǎn)生剪切力而導(dǎo)致培養(yǎng)細(xì)胞的死亡；當(dāng)使用本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器進(jìn)行大規(guī)模培養(yǎng)時(shí)，可通過(guò)導(dǎo)液管向軟膜容器中加入培養(yǎng)液，或通過(guò)導(dǎo)液管從軟膜容器內(nèi)獲取樣進(jìn)行分析以及收獲培養(yǎng)的細(xì)胞和生物產(chǎn)品。當(dāng)然該導(dǎo)液管為常閉管，只有在需要時(shí)才打開(kāi)，PH傳感器和DO傳感器可用于實(shí)時(shí)監(jiān)控反應(yīng)液的狀態(tài)，以便及時(shí)調(diào)整，保證最佳反應(yīng)狀態(tài)；小型的生物反應(yīng)器適于小規(guī)模培養(yǎng)和工藝開(kāi)發(fā)，在細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)，往往需要進(jìn)行顯微鏡下觀察細(xì)胞生長(zhǎng)狀態(tài)，因此本發(fā)明將軟膜容器的各側(cè)壁的上端均與一頂壁連接在一起且與頂壁密封 配合，頂壁與軟膜容器的底之間互相平行，從而使得本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器能像硬質(zhì)的細(xì)胞培養(yǎng)瓶一樣便于顯微鏡下觀察；在軟膜容器的底和側(cè)壁的交匯處設(shè)置所述的融合緣，使用時(shí)便可通過(guò)融合緣將軟膜容器牢固地固定在具有透明座板的固定座上，可以像傳統(tǒng)的細(xì)胞培養(yǎng)瓶一樣方便使用，對(duì)貼壁細(xì)胞采取靜止培養(yǎng)，細(xì)胞可直接貼壁生長(zhǎng)在軟膜容器底面的軟膜上；軟膜容器的底和側(cè)壁共同構(gòu)成棱錐形或截頭棱錐形則使得軟膜容器的底與側(cè)壁的交匯處均形成沿直線延伸的過(guò)渡界面，由于沿曲線形式的過(guò)渡界面極易引起軟膜的皺褶，因此采用沿直線延伸的過(guò)渡界面最大限度地減少了皺褶的形成，從而進(jìn)一步減少了可形成剪切力的結(jié)構(gòu)；軟膜容器采用呈倒臥放置的三棱柱形可充分利用軟膜容器內(nèi)的空間；隔離帽相對(duì)于連通管及旋蓋來(lái)說(shuō)，制造和使用更為方便且進(jìn)一步降低了成本。使用本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器對(duì)非貼壁細(xì)胞或微生物進(jìn)行培養(yǎng)時(shí)，非常簡(jiǎn)單，直接將非貼壁細(xì)胞或微生物放入軟膜容器內(nèi)進(jìn)行懸浮培養(yǎng)即可；當(dāng)使用本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器對(duì)貼壁細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)時(shí)，既可像普通的細(xì)胞培養(yǎng)瓶一樣，將貼壁細(xì)胞直接貼附在底面的軟膜上進(jìn)行靜止培養(yǎng)，也可將貼壁細(xì)胞貼附在微載體上進(jìn)行懸浮培養(yǎng)，將貼壁細(xì)胞直接貼附在底面的軟膜上進(jìn)行靜止培養(yǎng)多為小規(guī)模的培養(yǎng)，方便顯微鏡下觀察，而將貼壁細(xì)胞貼附在微載體上進(jìn)行的懸浮培養(yǎng)多為大規(guī)模的培養(yǎng)。微載體為微小的小球，在混合狀態(tài)下可以懸浮在培養(yǎng)液之中，細(xì)胞貼附在小球的表面生長(zhǎng)，這樣就把貼壁細(xì)胞貼由附在細(xì)胞培養(yǎng)瓶底部?jī)?nèi)表面的平面靜止培養(yǎng)變成了貼附在微球上的立體懸浮培養(yǎng)，大大提高培養(yǎng)效率，極為適合當(dāng)對(duì)貼壁細(xì)胞進(jìn)行大規(guī)?；蚬I(yè)化生產(chǎn)的培養(yǎng)。


圖I是本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例I的結(jié)構(gòu)示意 圖2是本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例I的展開(kāi) 圖3是圖I中的連通管的結(jié)構(gòu)示意圖(帶環(huán)形熱融合圈)；圖4是圖I中的旋蓋的結(jié)構(gòu)示意 圖5是本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例I注入培養(yǎng)液的使用狀態(tài)示意 圖6是本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例I的支撐籠的結(jié)構(gòu)示意 圖7是本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例I在工作時(shí)對(duì)培養(yǎng)液的混合原理示意圖； 圖8是本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意 圖9是圖8中的帶透氣濾膜的透氣型旋蓋的結(jié)構(gòu)示意 圖10是本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意 圖11是本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例3的分解 圖12是本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意 圖13是本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例5的結(jié)構(gòu)示意 圖14是本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例5的分解 圖15是本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例6的結(jié)構(gòu)示意 圖16是本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例7的結(jié)構(gòu)示意 圖17是本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例7的展開(kāi) 圖18是本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例8的結(jié)構(gòu)示意 圖19是本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例9的結(jié)構(gòu)示意 圖20是本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例10的結(jié)構(gòu)示意 圖21是本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例11的結(jié)構(gòu)示意 圖22是本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例12的結(jié)構(gòu)示意 圖23是本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例13的融合示意 圖24是本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例14的結(jié)構(gòu)示意 圖25是本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例14的分解 圖26是本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例15的軟膜容器的結(jié)構(gòu)示意 圖27是本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例15的固定座的結(jié)構(gòu)示意 圖28是本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例15的軟膜容器與固定座的配合示意 圖29是本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例16的結(jié)構(gòu)示意 圖30是本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例17的結(jié)構(gòu)示意 圖31是本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例18的結(jié)構(gòu)示意 圖32是本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例19的結(jié)構(gòu)示意 圖33是本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例19的軟膜容器的結(jié)構(gòu)示意 圖34是本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例19的隔離帽的結(jié)構(gòu)示意 圖35是本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例19的隔離帽的展開(kāi)示意 圖36是本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例20的隔離帽結(jié)構(gòu)示意 圖37是本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例21的結(jié)構(gòu)示意 圖38是本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例21的軟膜容器的展開(kāi)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例1，如圖1-7所示，包括由一個(gè)底I和三個(gè)側(cè)壁
2所形成的呈三棱錐形的密閉的軟膜容器和一個(gè)用于支撐軟膜容器以防止其側(cè)壁2倒塌的支撐籠。本實(shí)施例中的軟膜容器由一張軟膜制成，該軟膜為非PVC藥包塑料軟膜，如聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE、PPE)、聚酰胺(PA)和多酯聚合物等按一定比例多層共擠而成的薄膜，具有良好的透明度且121°C高溫蒸汽滅菌不受影響，對(duì)氣體透過(guò)性和水蒸氣透過(guò)性極低，惰性極好，不與任何藥物產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，柔性和彈性好易回復(fù)，機(jī)械強(qiáng)度高，可抗低溫，不易破裂，易于運(yùn)輸、儲(chǔ)存，焚燒處理后，像燃燒天然材料如木頭一樣，只產(chǎn)生水、二氧化碳的氧化物，對(duì)環(huán)境無(wú)害和成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。軟膜容器的底I與三個(gè)側(cè)壁2之間的通過(guò)折轉(zhuǎn)連接形成光滑過(guò)渡的夾角3，相鄰的側(cè)壁在二者的交匯處，即所述三棱錐形的棱處形成拐角4并在該位置處被熱壓融合連接形成三個(gè)融合緣5，融合緣5均向軟膜容器的外部延伸，融合緣5上分別布設(shè)有掛孔6，三個(gè)側(cè)壁在上部交匯后被熱壓融合在一起并構(gòu)成三棱錐體形密閉的軟膜容器的頂7，軟膜容器的一個(gè)側(cè)壁上設(shè)置有內(nèi)外通透的連通口及與連通口連通的連通管8，連通管8通過(guò)其靠近軟膜容器的一端上設(shè)置的環(huán)形融合圈9 (如圖3)與連通口周?chē)能浤は嗳诤?，從而使得其與軟膜容器的對(duì)應(yīng)側(cè)壁之間密封配合，另外，連通管8的外端口上設(shè)置有與連通管8的遠(yuǎn)離軟膜容器的一端螺紋配合的旋蓋10 (如圖4)。圖2所示的是該軟膜生物反應(yīng)器的軟膜容器的展開(kāi)圖。圖5為該軟膜生物反應(yīng)器的軟膜容器中注入培養(yǎng)液后的狀態(tài)示意圖，培養(yǎng)液處于軟膜容器的下部，軟膜容器的上部為容納氣體的空間。支撐 籠的結(jié)構(gòu)如圖6所示，其整體呈上小下大的喇叭形，包括位于下部的環(huán)形的下固定圈11、位于上部的環(huán)形的上固定圈12和連接在上、下固定圈之間的支撐臂13，上固定圈12的直徑較下固定圈11為小且二者上均設(shè)有滑槽14，在上固定圈12和下固定圈11上的滑槽中分別設(shè)置有彈性牽拉鉤15 ;該支撐籠只有在劇烈混合培養(yǎng)，如劇烈振搖培養(yǎng)微生物以及大型的反應(yīng)器進(jìn)行大規(guī)模的培養(yǎng)的場(chǎng)合才會(huì)被啟用，當(dāng)被啟用時(shí)，支撐籠通過(guò)其彈性牽拉鉤15與軟膜容器的融合緣上的掛孔6相配合掛連?；?4以及滑槽上牽拉鉤15的數(shù)量與軟膜容器的需牽拉的融合緣的數(shù)量相匹配，譬如本實(shí)施例為三棱錐，分別有三個(gè)滑槽14以及三個(gè)滑槽上牽拉鉤15 ;支撐籠可以在軟膜容器的底部和頂部多方位的牽拉和固定確保反應(yīng)器不會(huì)因各種混合的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生移動(dòng)或倒塌，該支撐籠適于劇烈混合培養(yǎng)，如微生物的振搖培養(yǎng)以及大型的反應(yīng)器進(jìn)行大規(guī)模的細(xì)胞培養(yǎng)。本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的其它實(shí)施例中，特別是小型的軟膜生物反應(yīng)器，不需任何外力的牽拉和固定即可以像硬質(zhì)的容器一樣，保持其三維空間結(jié)構(gòu)，因此不需要任何牽拉固定裝置即可進(jìn)行靜止培養(yǎng)和溫和驅(qū)動(dòng)培養(yǎng)液混合的懸浮培養(yǎng)，因此也不需要設(shè)置掛孔。當(dāng)使用大型的軟膜生物反應(yīng)器時(shí)，或需要?jiǎng)×一鞈遗囵B(yǎng)時(shí)，可以通過(guò)支撐籠或固定座進(jìn)行牽拉和固定，以防軟膜容器的倒塌或位移。使用該軟膜生物反應(yīng)器時(shí)，首先將適量培養(yǎng)液和生物體細(xì)胞通過(guò)連通管注入該軟膜容器內(nèi)，注入的培養(yǎng)液的量應(yīng)保證在反應(yīng)器工作時(shí)液面始終位于連通口的下口沿下方，然后將軟膜容器置于軌道搖床、平面回旋裝置、空間回旋裝置或搖擺驅(qū)動(dòng)裝置上，當(dāng)軟膜容器內(nèi)的液體向一個(gè)方向流動(dòng)并沖擊側(cè)壁時(shí)，側(cè)壁軟膜由于具有彈性而向外膨出，從而產(chǎn)生可以緩沖液流的沖擊而減少剪切力，當(dāng)液流向相反方向流動(dòng)時(shí)，側(cè)壁的軟膜通過(guò)彈性回縮并利用其彈性回縮力所產(chǎn)生波浪，從而產(chǎn)生混合和氣液交換。由于軟膜容器呈三棱錐形，因此其底與側(cè)壁之間的轉(zhuǎn)角為銳角，側(cè)壁具有很大的彈性向外膨出，因而產(chǎn)生的緩沖能力較大，彈性回縮力也較大，利用其彈性回縮力所產(chǎn)生的波浪產(chǎn)生充分的混合和氣液交換。由于反應(yīng)器呈上部小和下部的錐形結(jié)構(gòu)，重心靠下，在溫和的振搖情況下，不需要任何固定即可保持其穩(wěn)定性；當(dāng)振搖速度增大到簡(jiǎn)單將軟膜反應(yīng)器放置在混合驅(qū)動(dòng)裝置上不足以穩(wěn)定時(shí)，可在驅(qū)動(dòng)裝置上固定設(shè)置硅膠膜墊或任何具有粘性的膜墊以增加膜墊與軟膜反應(yīng)器的摩擦力從而保持軟膜反應(yīng)器穩(wěn)定地坐落在驅(qū)動(dòng)裝置上；當(dāng)需要?jiǎng)×艺駬u培養(yǎng)或進(jìn)行大規(guī)模的培養(yǎng)時(shí)，可以通過(guò)掛孔將軟膜生物反應(yīng)器固定于支撐籠上，再將支撐籠固定混懸驅(qū)動(dòng)裝置上培養(yǎng)。本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例2，如圖8-9所示，本實(shí)施例與實(shí)施例I的區(qū)別在于本實(shí)施例的旋蓋10的端面開(kāi)有通氣窗孔，通氣窗孔封上的透氣濾膜16，此種情況下，在使用時(shí)可將旋蓋10擰緊，通過(guò)通氣窗孔的透氣濾膜來(lái)實(shí)現(xiàn)軟膜容器內(nèi)腔與外界的氣體交換，透氣濾膜具有透氣，防塵和濾菌的功能，本實(shí)施例中的軟膜容器省略了實(shí)施例I中所述的掛孔。本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例3，如圖 10-11所示，本實(shí)施例與實(shí)施例I的區(qū)別在于連通口由相鄰兩側(cè)壁在熱壓融合時(shí)預(yù)留的縫構(gòu)成，連通管8設(shè)在對(duì)應(yīng)的兩側(cè)壁的鄰接處，熱融合圈9的外輪廓呈菱形并通過(guò)其外周面與對(duì)應(yīng)的兩側(cè)壁熱壓融合，由于連通口是由兩側(cè)壁之間的縫構(gòu)成，采用菱形的熱融合圈可最大限度的減少結(jié)合產(chǎn)生的褶皺。本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例4，如圖12所示，本實(shí)施例與實(shí)施例3的區(qū)別僅在于本實(shí)施例的旋蓋10的端面開(kāi)有通氣窗孔，通氣窗孔封上的透氣濾膜16，此種情況下，在使用時(shí)可將旋蓋10擰緊，通過(guò)通氣窗孔上的透氣濾膜來(lái)實(shí)現(xiàn)軟膜容器內(nèi)腔與外界的氣體交換，透氣濾膜具有透氣，防塵和濾菌的功能。本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例5，如圖13-14所示，本實(shí)施例與實(shí)施例I的區(qū)別僅在于所述軟膜容器呈截頭棱錐形，連通口設(shè)于三個(gè)側(cè)壁在頂部的交匯處，熱融合圈9的外周面由呈三角形布置的三個(gè)首尾連接的融合面構(gòu)成并通過(guò)其外周面與三個(gè)側(cè)壁的頂部融合在一起。本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例6，如圖15所示，本實(shí)施例與實(shí)施例5的區(qū)別僅在于本實(shí)施例的旋蓋10的端面開(kāi)有通氣窗孔，通氣窗孔封上的透氣濾膜16，此種情況下，在使用時(shí)可將旋蓋10擰緊，通過(guò)通氣窗孔上的透氣濾膜來(lái)實(shí)現(xiàn)軟膜容器內(nèi)腔與外界的氣體交換，透氣濾膜具有透氣，防塵和濾菌的功能。本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例7，如圖16-17所示，本實(shí)施例與實(shí)施例I的區(qū)別僅在于所述軟膜容器呈正四棱錐形，其具有四個(gè)側(cè)壁2，此種情況下，軟膜容器的底I呈正四邊形。本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例8，如圖18所示，本實(shí)施例與實(shí)施例I的區(qū)別在于軟膜容器上設(shè)有另外兩個(gè)(一共三個(gè))連通口，該兩個(gè)連通口分別設(shè)于軟膜容器形成的棱錐形的兩條棱上，由對(duì)應(yīng)的兩側(cè)壁在熱壓融合時(shí)預(yù)留的縫構(gòu)成，軟膜容器通過(guò)該連通口中的一個(gè)連接有進(jìn)氣管17，通過(guò)另一個(gè)連接有出氣管18，進(jìn)、出氣管通過(guò)軟膜容器的內(nèi)腔連通且二者上均串接有過(guò)濾器19，另外，進(jìn)氣管17上于對(duì)應(yīng)過(guò)濾器的上游還設(shè)有氣泵20，當(dāng)僅靠旋蓋10與連通口之間的間隙進(jìn)氣無(wú)法滿(mǎn)足反應(yīng)的需要時(shí)，可通過(guò)氣泵20和進(jìn)氣管
17實(shí)現(xiàn)來(lái)向軟膜容器中充氣并將旋蓋10旋緊，通過(guò)出氣管18排出，從而實(shí)現(xiàn)軟膜容器與外部的氣體交換；其中所述的過(guò)濾器和氣泵均可根據(jù)需要在使用時(shí)另設(shè)。本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例9，如圖19所示，本實(shí)施例與實(shí)施例3的區(qū)別在于軟膜容器上設(shè)有另外兩個(gè)(一共三個(gè))連通口，該兩個(gè)連通口分別設(shè)于軟膜容器形成的棱錐形的兩條棱上，由對(duì)應(yīng)的兩側(cè)壁在熱壓融合時(shí)預(yù)留的縫構(gòu)成，軟膜容器通過(guò)該連通口中的一個(gè)連接有進(jìn)氣管17，通過(guò)另一個(gè)連接有出氣管18，進(jìn)、出氣管通過(guò)軟膜容器的內(nèi)腔連通且二者上均串接有過(guò)濾器19，另外進(jìn)氣管17上于對(duì)應(yīng)過(guò)濾器的上游還設(shè)有氣泵20，當(dāng)僅靠旋蓋10上的透氣窗孔進(jìn)氣無(wú)法滿(mǎn)足反應(yīng)的需要時(shí)，可通過(guò)氣泵20和進(jìn)氣管17實(shí)現(xiàn)來(lái)向軟膜容器中充氣并將旋蓋10旋緊，通過(guò)出氣管18排氣，從而實(shí)現(xiàn)軟膜容器與外部的氣體交換；其中所述的過(guò)濾器和氣泵均可根據(jù)需要在使用時(shí)另設(shè)。本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例10，如圖20所示，本實(shí)施例與實(shí)施例5的區(qū)別在于軟膜容器上設(shè)有另外兩個(gè)(一共三個(gè))連通口，該兩個(gè)連通口分別設(shè)于軟膜容器形成的棱錐形的兩條棱上，由對(duì)應(yīng)的兩側(cè)壁在熱壓融合時(shí)預(yù)留的縫構(gòu)成，軟膜容器通過(guò)該連通口中的一個(gè)連接有進(jìn)氣管17，通過(guò)另一個(gè)連接有出氣管18，進(jìn)、出氣管通過(guò)軟膜容器的內(nèi)腔連通且二者上均串接有過(guò)濾器19，另外進(jìn)氣管17上于對(duì)應(yīng)過(guò)濾器的上游還設(shè)有氣泵20，當(dāng)僅靠旋蓋10與連通口之間的間隙進(jìn)氣無(wú)法滿(mǎn)足反應(yīng)的需要時(shí)，可通過(guò)進(jìn)氣管實(shí)現(xiàn)來(lái)向軟膜容器中充氣并將旋蓋10旋緊，通過(guò)出氣管排氣，從而實(shí)現(xiàn)軟膜容器與外部的氣體交換；其中所述的過(guò)濾器和氣泵均可根據(jù)需要在使用時(shí)另設(shè)。本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例11，如圖21所示，本實(shí)施例與實(shí)施例8的區(qū)別 在于軟膜容器下部還連接有導(dǎo)液管21、PH傳感器22和DO傳感器23，三者分別在軟膜容器的底I的三個(gè)頂點(diǎn)處，即相鄰的兩側(cè)壁之間形成的棱與底的交匯處與軟膜容器的內(nèi)腔連通，這樣可最大限度的減少褶皺的出現(xiàn)，PH傳感器22用于感應(yīng)培養(yǎng)液的酸堿度，DO傳感器23用于感應(yīng)培養(yǎng)液的溶氧度，本實(shí)施例中的軟膜生物反應(yīng)器適用于需要大容積、大批量生產(chǎn)的場(chǎng)合，采用人工主動(dòng)供氣的方式可滿(mǎn)足大容積反應(yīng)的需要，PH傳感器22和DO傳感器23可用于實(shí)時(shí)監(jiān)控反應(yīng)液的狀態(tài)，以便及時(shí)調(diào)整，保證最佳反應(yīng)條件，當(dāng)然，應(yīng)保證上述兩傳感器在反應(yīng)器工作時(shí)一直與培養(yǎng)液接觸；當(dāng)需要采取樣本和最終收獲培養(yǎng)的生物產(chǎn)品時(shí)，導(dǎo)液管21則可在反應(yīng)器過(guò)大不適宜傾倒取液時(shí)實(shí)現(xiàn)放液功能，方便取液，當(dāng)然該導(dǎo)液管21為常閉管,只有在需要時(shí)才打開(kāi)。本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例12，如圖22所示，本實(shí)施例與實(shí)施例9的區(qū)別在于軟膜容器下部還連接有導(dǎo)液管21、PH傳感器22和DO傳感器23，三者分別在軟膜容器的底I的三個(gè)頂點(diǎn)處，即相鄰的兩側(cè)壁之間形成的棱與底的交匯處與軟膜容器的內(nèi)腔連通，這樣可最大限度的減少褶皺的出現(xiàn)，PH傳感器22用于感應(yīng)培養(yǎng)液的酸堿度，DO傳感器23用于感應(yīng)培養(yǎng)液的溶氧度，本實(shí)施例中的軟膜生物反應(yīng)器適用于需要大容積、大批量生產(chǎn)的場(chǎng)合，采用人工主動(dòng)供氣的方式可滿(mǎn)足大容積反應(yīng)的需要，PH傳感器22和DO傳感器23可用于實(shí)時(shí)監(jiān)控反應(yīng)液的狀態(tài)，以便及時(shí)調(diào)整，保證最佳反應(yīng)條件，當(dāng)然，應(yīng)保證上述兩傳感器在反應(yīng)器工作時(shí)一直與培養(yǎng)液接觸；當(dāng)需要采取樣本和最終收獲培養(yǎng)的生物產(chǎn)品時(shí)，導(dǎo)液管21則可在反應(yīng)器過(guò)大不適宜傾倒取液時(shí)實(shí)現(xiàn)放液功能，方便取液，當(dāng)然該導(dǎo)液管21為常閉管，只有在需要時(shí)才打開(kāi)。本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例13，如圖23所示，本實(shí)施例與實(shí)施例10的區(qū)別在于軟膜容器下部還連接有導(dǎo)液管21、PH傳感器22和DO傳感器23，三者分別在軟膜容器的底I的三個(gè)頂點(diǎn)處，即相鄰的兩側(cè)壁之間形成的棱與底的交匯處與軟膜容器的內(nèi)腔連通，這樣可最大限度的減少褶皺的出現(xiàn)，PH傳感器22用于感應(yīng)培養(yǎng)液的酸堿度，DO傳感器23用于感應(yīng)培養(yǎng)液的溶氧度，本實(shí)施例中的軟膜生物反應(yīng)器適用于需要大容積、大批量生產(chǎn)的場(chǎng)合，采用人工主動(dòng)供氣的方式可滿(mǎn)足大容積反應(yīng)的需要，PH傳感器22和DO傳感器23可用于實(shí)時(shí)監(jiān)控反應(yīng)液的狀態(tài)，以便及時(shí)調(diào)整，保證最佳反應(yīng)條件，當(dāng)然，應(yīng)保證上述兩傳感器在反應(yīng)器工作時(shí)一直與培養(yǎng)液接觸；當(dāng)需要采取樣本和最終收獲培養(yǎng)的生物產(chǎn)品時(shí)，導(dǎo)液管21則可在反應(yīng)器過(guò)大不適宜傾倒取液時(shí)實(shí)現(xiàn)放液功能，方便取液，當(dāng)然該導(dǎo)液管21為常閉管，只有在需要時(shí)才打開(kāi)。本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例14，如圖24-25所示，本實(shí)施例與實(shí)施例11的區(qū)別在于軟膜容器上省略了實(shí)施例11中帶有旋蓋10的連通口、連通管8及旋蓋10，本實(shí)施例中的軟膜生物反應(yīng)器適用于大規(guī)模培養(yǎng)，當(dāng)大規(guī)模培養(yǎng)時(shí)，不需要通過(guò)上述連通口進(jìn)行培養(yǎng)液和培養(yǎng)細(xì)胞的輸送，僅有進(jìn)氣管17、出氣管18以及導(dǎo)液管21即可，需要指出的是，在上述實(shí)施例12、13中也可以省略帶有旋蓋的連通口、連通管及旋蓋。本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例15，如圖26-28所示，本實(shí)施例與實(shí)施例7的區(qū)別在于還包括一固定座且軟膜容器呈截頭棱錐形，軟膜容器可由一張軟膜經(jīng)剪切、折疊和熱壓任何而成，也可由多張軟膜拼裝而成，其具有一個(gè)與底I平行的頂壁24，頂壁24與側(cè)壁2之間一體設(shè)置且二者的交匯處具有折疊形成的夾角，從而使得側(cè)壁2與頂壁24之間光滑過(guò)渡，便于顯微鏡下觀察反應(yīng)器內(nèi)的細(xì)胞生長(zhǎng)狀態(tài)，相鄰兩側(cè)壁之間的交匯處及側(cè)壁與底 的交匯處均設(shè)有向反應(yīng)器外部延伸的融合緣5，融合緣5為將兩層軟膜(側(cè)壁與底或側(cè)壁與側(cè)壁)熱壓融合在一起后形成的融合膜；固定座包括透明座板25，透明座板25上設(shè)有用于固定軟膜容器的側(cè)壁與底的交匯處的融合緣的固定結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例中，該固定結(jié)構(gòu)采用固定夾26，固定夾26上設(shè)有向上懸伸的彈性吊臂27，吊臂27上設(shè)有吊鉤28，吊鉤28用于與相鄰兩側(cè)壁之間形成的融合緣掛接，從而進(jìn)一步保證軟膜容器的側(cè)壁不倒塌，需要指出的是，所述固定座還可以在使用時(shí)另設(shè)，固定結(jié)構(gòu)還可采用膠帶、掛鉤等部件；當(dāng)使用本發(fā)明的生物反應(yīng)器進(jìn)行貼壁細(xì)胞靜止培養(yǎng)時(shí)，細(xì)胞貼壁生長(zhǎng)的底面的軟膜上，為了方便拿取以及防止拿取時(shí)可能使底面軟膜產(chǎn)生變形，可使用帶透明座板的固定座將軟膜容器固定在固定座上，就像一個(gè)硬質(zhì)的培養(yǎng)瓶一樣，既方便拿取和顯微鏡觀察，也可防止底面軟膜變形而導(dǎo)致貼附在其上生長(zhǎng)的細(xì)胞的脫落。本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例16，如圖29所示，本實(shí)施例與實(shí)施例15的區(qū)別僅在于本實(shí)施例的旋蓋的端面開(kāi)有通氣窗孔，通氣窗孔封上的透氣濾膜16，此種情況下，在使用時(shí)可將旋蓋10擰緊，通過(guò)通氣窗孔上的透氣濾膜來(lái)實(shí)現(xiàn)軟膜容器內(nèi)腔與外界的氣體交換，透氣濾膜具有透氣、防塵和濾菌的功能。本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例17，如圖30所示，本實(shí)施例與實(shí)施例15的區(qū)別僅在于本實(shí)施例中的軟膜容器為側(cè)壁的內(nèi)壁面與底之間的夾角為直角的六面體。本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例18，如圖31所示，本實(shí)施例與實(shí)施例17的區(qū)別僅在于本實(shí)施例的旋蓋10的端面開(kāi)有通氣窗孔，通氣窗孔封上的透氣濾膜16，此種情況下，在使用時(shí)可將旋蓋10擰緊，通過(guò)通氣窗孔上的透氣濾膜來(lái)實(shí)現(xiàn)軟膜容器內(nèi)腔與外界的氣體交換，透氣濾膜具有透氣、防塵和濾菌的功能。本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例19，如圖32-35所示，本實(shí)施例與實(shí)施例I的區(qū)別僅在于本實(shí)施例中的軟膜容器上的連通口處沒(méi)有設(shè)置連通管及旋蓋，本實(shí)施例中，軟膜容器上的連通口是通過(guò)一隔離帽30遮蔽的，隔離帽30防止外界環(huán)境中灰塵、細(xì)菌等污染物從連通口進(jìn)入軟膜容器而污染使用時(shí)裝在軟膜容器中的培養(yǎng)液，隔離帽30同樣由軟膜制成，本實(shí)施例中的隔離帽30的制造方法與軟膜容器的制造方法類(lèi)似，也是通過(guò)對(duì)一整張膜的裁剪、熱壓融合處理而制成，其形狀為棱錐形，其中為了方便隔離帽加裝及密封，本實(shí)施例中的軟膜容器的對(duì)應(yīng)側(cè)壁之間的融合緣被部分剪掉，融合緣剩余的部分剛好還可以起到支撐隔離帽的作用，此種情況下，隔離帽就像是軟膜容器的一個(gè)帽子，在“戴”上軟膜容器后可遮蔽軟膜容器上的連通口且其內(nèi)壁面與連通口之間設(shè)有透氣間隙，透氣間隙是為了實(shí)現(xiàn)軟膜容器內(nèi)部與軟膜容器和隔離帽之間的空氣的流通，滿(mǎn)足反應(yīng)需要。本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例20，如圖36所示，本實(shí)施例與實(shí)施例19的區(qū)別僅在于在隔離帽的其中一個(gè)側(cè)壁上設(shè)置有一個(gè)通氣窗口，通氣窗口上密封融合有透氣濾菌膜31，當(dāng)隔離帽蓋31上軟膜容器時(shí)，透氣濾菌膜31遮蔽軟膜容器的連通口。本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例21，如圖37-38所示，本實(shí)施例與實(shí)施例I的區(qū)別僅在于所述軟膜容器呈倒臥放置的三棱柱形，采用此種形狀可充分利用軟膜容器內(nèi)的空間，本實(shí)施例中的軟膜容器與實(shí)施例I中的軟膜容器的制作方法相同，也是由一整張軟膜裁剪、熱壓融合而成，連通口及連通管均設(shè)于軟膜容器形成的三棱柱形的底上，本實(shí)施例中連通口及連通管均僅有一個(gè)，在其它實(shí)施例中，連通口及連通管的數(shù)量還可根據(jù)需要適當(dāng)設(shè)置，當(dāng)連通口有兩個(gè)以上時(shí)，還可以分設(shè)在軟膜容器形成的三棱柱形的頂、底上；當(dāng)然， 連通口及連通管還可以設(shè)在軟膜容器形成的三棱柱的對(duì)應(yīng)的兩側(cè)面上；另外，在其它實(shí)施例中，還可根據(jù)需要在本實(shí)施例中的軟膜容器上設(shè)置如實(shí)施例8所述的進(jìn)、出氣管及過(guò)濾器以及如實(shí)施例11中所述的導(dǎo)液管、PH傳感器和傳感器。本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例1-7、19_20的生物反應(yīng)器特別適于實(shí)驗(yàn)室小規(guī)模培養(yǎng)及工藝開(kāi)發(fā)的小規(guī)模培養(yǎng)，使用時(shí)將所述軟膜生物反應(yīng)器置于軌道搖床、平面回旋搖床、空間回旋裝置或搖擺驅(qū)動(dòng)裝置上，其像通常微生物和動(dòng)物細(xì)胞懸浮培養(yǎng)用的硬質(zhì)的錐形培養(yǎng)瓶培養(yǎng)一樣利用連通口進(jìn)行氣體彌散交換便可進(jìn)行反應(yīng)。本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例8-14的生物反應(yīng)器適用于較大體積的細(xì)胞培養(yǎng)。當(dāng)使用所述軟膜生物反應(yīng)器進(jìn)行較大體積培養(yǎng)時(shí)，僅通過(guò)連通口進(jìn)行氣體彌散交換不能滿(mǎn)足要求時(shí)，可進(jìn)行充氣培養(yǎng)。當(dāng)利用培養(yǎng)箱培養(yǎng)時(shí)，將微型充氣泵或蠕動(dòng)泵連接于進(jìn)氣管，氣體取自培養(yǎng)箱，泵入反應(yīng)器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)氣體交換后由出氣管排出，因此省去氣體混合流量計(jì)；當(dāng)反應(yīng)器大小超過(guò)現(xiàn)有商業(yè)化培養(yǎng)箱的規(guī)模時(shí)，還需要與反應(yīng)器大小相匹配的恒溫箱或恒溫室。本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例21呈倒臥放置的三棱柱形，既可利用連通口進(jìn)行氣體交換，像實(shí)施例1-7 —樣適合小規(guī)模培養(yǎng)，也可利用像實(shí)施例8-14所述的進(jìn)氣管和出氣管以及利用導(dǎo)液管PH傳感器和DO傳感器進(jìn)行進(jìn)行充氣和監(jiān)控的規(guī)模化培養(yǎng)。本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的實(shí)施例15-18的生物反應(yīng)器為小型的反應(yīng)器，主要用于小規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)和工藝開(kāi)發(fā)，使用小型的頂面為水平面的軟膜生物反應(yīng)器進(jìn)行小規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)或工藝開(kāi)發(fā)時(shí)，貼壁細(xì)胞可以直接貼在底面的軟膜上生長(zhǎng)，本實(shí)施例的反應(yīng)器類(lèi)似于細(xì)胞培養(yǎng)瓶，既可靜止培養(yǎng)，又可通過(guò)驅(qū)動(dòng)培養(yǎng)液流動(dòng)混合培養(yǎng)，當(dāng)需要顯微鏡下觀察培養(yǎng)細(xì)胞的生長(zhǎng)狀態(tài)時(shí)，可將本實(shí)施例的反應(yīng)器置于進(jìn)行顯微鏡下直接觀察。該生物反應(yīng)器具有一個(gè)硬質(zhì)的透明座板可以透光，可以直接觀察反應(yīng)器內(nèi)的細(xì)胞，因此不需要將細(xì)胞取出觀察，方便使用和節(jié)省時(shí)間。透明座板上設(shè)置有固定結(jié)構(gòu)，可將軟膜生物容器牢固地牽拉固定在透明座板上。綜上所述，本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器主要用于從實(shí)驗(yàn)室的小規(guī)模，到系列放大，再到工業(yè)化規(guī)模的動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)以及利用動(dòng)物細(xì)胞進(jìn)行生物技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)，也可用于相應(yīng)規(guī)模的微生物、昆蟲(chóng)細(xì)胞和植物細(xì)胞的培養(yǎng)及其生物技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)。在用于微生物培養(yǎng)時(shí)，可以取代小規(guī)模培養(yǎng)用的三角搖瓶和大規(guī)模培養(yǎng)發(fā)酵罐，主要解決微生物培養(yǎng)容器的一次性使用問(wèn)題，提供使用更方便、成本更低的軟膜式培養(yǎng)容器。采用本發(fā)明具有平面頂?shù)能浤ど锓磻?yīng)器，可以代替現(xiàn)有的細(xì)胞培養(yǎng)瓶，但比現(xiàn)有的細(xì)胞培養(yǎng)瓶成本更低廉。由此可見(jiàn)，本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、非介入性混合、一次性使用的特性，可利用現(xiàn)有恒溫箱、培養(yǎng)箱和混合驅(qū)動(dòng)設(shè)備，特別適于小規(guī)模培養(yǎng)，也可進(jìn)行規(guī)模放大和生產(chǎn)，主要適于動(dòng)物細(xì)胞的懸浮培養(yǎng)，包括非貼壁細(xì)胞的懸浮培養(yǎng)和貼壁細(xì)胞的微載體懸浮培養(yǎng)，也可用于微生物或其它生物體細(xì)胞的培養(yǎng)。當(dāng)使用本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器對(duì)非貼壁細(xì)胞或微生物進(jìn)行培養(yǎng)時(shí)，非常簡(jiǎn)單，直接將非貼壁細(xì)胞或微生物放入軟膜容器內(nèi)進(jìn)行懸浮培養(yǎng)即可；而當(dāng)對(duì)貼壁細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng) 時(shí)，既可像普通的細(xì)胞培養(yǎng)瓶一樣，將貼壁細(xì)胞直接貼附在底面的軟膜上進(jìn)行靜止培養(yǎng)，也可將貼壁細(xì)胞貼附在微載體上進(jìn)行懸浮培養(yǎng)。微載體為微小的小球，細(xì)胞生長(zhǎng)在小球的表面，這樣就把貼壁細(xì)胞貼由附在細(xì)胞培養(yǎng)瓶底部?jī)?nèi)表面的平面靜止培養(yǎng)變成了貼附在微球上的立體懸浮培養(yǎng)，大大提高培養(yǎng)效率，極為適合當(dāng)對(duì)貼壁細(xì)胞進(jìn)行大規(guī)?；蚬I(yè)化生產(chǎn)的培養(yǎng)。另外，在本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的其它實(shí)施例中，上述實(shí)施例1-14中所述的軟膜容器還可以呈楔形，實(shí)施例5、6、15中所述的呈截頭棱錐形的軟膜容器的頂還可以不與底平行，即可以?xún)A斜設(shè)置；軟膜容器的側(cè)壁的數(shù)量為兩個(gè)以上皆可；實(shí)施例8-14中所述的進(jìn)氣管還可根據(jù)需要與對(duì)應(yīng)的氣源，如氣罐等裝置連接，此種情況下，則可省略所述氣泵；各實(shí)施例中，側(cè)壁與底之間的夾角在5-90° (包含5°和90° )之間皆可，其中以30-90°為最佳，因?yàn)樘〉慕嵌?，軟膜容器的容積太小，使用效率太低，小于90°的銳角側(cè)壁軟膜的緩沖和彈性回縮能力大，效果好，各側(cè)壁間形成相互支撐也較穩(wěn)定；側(cè)壁的數(shù)量以奇數(shù)為最佳，因?yàn)檫@樣可保證使用時(shí)注入軟膜容器中的培養(yǎng)液形成的浪在往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)至少在一側(cè)處是撞擊在一側(cè)壁的內(nèi)壁面上(總有一個(gè)側(cè)壁與一個(gè)棱相對(duì))，從而避免了培養(yǎng)液形成的浪在兩個(gè)棱處形成的轉(zhuǎn)角之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)的情況的發(fā)生以盡可能降低有可能產(chǎn)生的剪切力，棱角處的液體與在棱角處匯合的各壁面之間由于張力的作用使液流緩慢，所產(chǎn)生的剪切力即使有也會(huì)很小。本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器所使用的軟膜，為非PVC藥包塑料軟膜，例如普遍使用的輸液袋和輸血袋所用的塑料軟膜，為聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE、PPE)、聚酰胺(尼龍PA)等材料多層共擠薄膜，通常為三層至五層共擠的100-200微米厚度的薄膜，內(nèi)層為完全無(wú)毒的惰性聚合物，通常采用聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)等，具有極強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性(惰性)，不脫落或降解出異物，與培養(yǎng)液和藥液無(wú)反應(yīng)，熱封強(qiáng)度高，中間層為致密材料層，如聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)，具有堅(jiān)實(shí)的氣體和液體阻隔性能、彈性、柔韌性、耐高溫性，外層為聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)或多酯共聚物，主要是提高軟袋的機(jī)械強(qiáng)度。非PVC藥包塑料軟膜具有良好的透明度且121°C高溫蒸汽滅菌不受影響，對(duì)氣體透過(guò)性和水蒸氣透過(guò)性極低，惰性極好，不與任何藥物產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，柔性和彈性好易回復(fù)，機(jī)械強(qiáng)度高，可抗低溫，不易破裂，易于運(yùn)輸、儲(chǔ)存，焚燒處理后，像燃燒天然材料如木頭一樣，只產(chǎn)生水、二氧化碳的氧化物，對(duì)環(huán)境無(wú)害和成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，作為目前最理想的藥包材料，例如輸液袋，輸血袋和儲(chǔ)液袋，已在世界范圍內(nèi)的廣泛應(yīng)用。雖然PVC聚氯乙烯軟膜也可以制作本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器，但由于PVC聚氯乙烯軟膜在焚燒銷(xiāo)毀過(guò)程中產(chǎn)生有機(jī)氯破壞大氣層，污染環(huán)境，PVC材質(zhì)中增塑劑(DEHP)可滲漏溶于培養(yǎng)液或藥液之中產(chǎn)生副作用，此外，PVC材質(zhì)對(duì)氣體和液體滲透的阻隔效果差以及存在微粒脫落等缺點(diǎn)，不是理想的醫(yī)用藥包材料，也不是制 作本發(fā)明的軟膜反應(yīng)器的優(yōu)選材料。
權(quán)利要求
1.軟膜生物反應(yīng)器，其特征在于，包括密閉的軟膜容器，所述軟膜容器包括底和三個(gè)以上的側(cè)壁，所述底為平底，每個(gè)側(cè)壁的內(nèi)壁面與底之間具有5 90°的夾角，相鄰的兩側(cè)壁之間在二者的連接處形成拐角，軟膜容器上設(shè)有至少一個(gè)內(nèi)外通透的連通口，所述連通口的下口沿位于使用時(shí)注入軟膜容器中的培養(yǎng)液的液面之上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的軟膜生物反應(yīng)器，其特征在于，所述軟膜容器通過(guò)其連通口連接有連通管，所述連通管與軟膜容器固定在一起且二者之間密封配合，連通管遠(yuǎn)離軟膜容器的一端螺紋裝配有端面密封的旋蓋或端面帶透氣濾膜的旋蓋。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的軟膜生物反應(yīng)器，其特征在于，所述軟膜容器的底和側(cè)壁由一張軟膜構(gòu)成，軟膜容器的側(cè)壁的內(nèi)壁面與底之間的夾角由軟膜折疊形成，相鄰兩側(cè)壁在二者之間的連接處被熱壓融合在一起并密封配合。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的軟膜生物反應(yīng)器，其特征在于，所述軟膜容器固連有至少一個(gè)進(jìn)氣管和通過(guò)軟膜容器的內(nèi)腔與所述進(jìn)氣管連通的出氣管，所述進(jìn)、出氣管均與軟膜容器密封配合并分別通過(guò)軟膜容器上的對(duì)應(yīng)的連通口與軟膜容器的內(nèi)腔連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的軟膜生物反應(yīng)器，其特征在于，軟膜容器上設(shè)有供液體注入或放出的常閉導(dǎo)液管、用于監(jiān)測(cè)使用時(shí)注入軟膜容器中的培養(yǎng)液的酸堿度的PH傳感器和用于監(jiān)測(cè)使用時(shí)注入軟膜容器中的培養(yǎng)液的溶氧度的DO傳感器，所述導(dǎo)液管、PH傳感器和DO傳感器分別位于相鄰的兩側(cè)壁與底的共同交匯處且三者的位置不同，導(dǎo)液管、PH傳感器和DO傳感器均與軟膜容器密封配合。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的軟膜生物反應(yīng)器，其特征在于，軟膜容器的相鄰兩側(cè)壁之間和/或底與側(cè)壁之間被熱壓融合在一起并形成向軟膜容器外部延伸的融合緣，所述融合緣為由兩層軟膜被熱壓融合在一起后形成的融合膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的軟膜生物反應(yīng)器，其特征在于，所述軟膜容器呈棱錐形或截頭棱錐形，軟膜容器的底形成棱錐或截頭棱錐的底，軟膜容器的側(cè)壁形成棱錐或截頭棱錐的側(cè)面。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或3-6任一項(xiàng)所述的軟膜生物反應(yīng)器，其特征在于，還包括用于蓋設(shè)在所述軟膜容器上以防止軟膜容器內(nèi)部的培養(yǎng)液受外界污染的隔離帽，所述隔離帽在蓋上軟膜容器時(shí)遮蔽軟膜容器的連通口，當(dāng)所述隔離帽在蓋上軟膜容器時(shí)，其內(nèi)壁面與連通管口之間具有透氣間隙。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的軟膜生物反應(yīng)器，其特征在于，所述隔離帽的其中一個(gè)側(cè)壁上設(shè)置有通氣窗口，通氣窗口上密封融合有透氣濾菌膜，當(dāng)隔離帽蓋上軟膜容器時(shí)，透氣濾菌膜遮蔽軟膜容器的連通口。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的軟膜生物反應(yīng)器，其特征在于，所述軟膜容器呈倒臥放置的三棱柱形。
全文摘要
本發(fā)明涉及生物反應(yīng)器領(lǐng)域，特別是一種軟膜生物反應(yīng)器，該反應(yīng)器包括密閉的軟膜容器，軟膜容器包括底和三個(gè)以上的側(cè)壁，底為平底，每個(gè)側(cè)壁的內(nèi)壁面與底之間具有5~90°的夾角，相鄰的兩側(cè)壁之間在二者的連接處形成拐角，軟膜容器上設(shè)有至少一個(gè)內(nèi)外通透的連通口，所述連通口的下口沿位于使用時(shí)注入軟膜容器中的培養(yǎng)液的液面之上；本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器的軟膜容器不需要鼓氣便可像硬質(zhì)容器一樣靠自身保持內(nèi)部的三維空間結(jié)構(gòu)，使用時(shí)可將本發(fā)明的軟膜生物反應(yīng)器裝在現(xiàn)有的培養(yǎng)箱和/或混合驅(qū)動(dòng)裝置，例如軌道搖床、傾斜旋轉(zhuǎn)裝置或搖擺驅(qū)動(dòng)裝置等進(jìn)行混合驅(qū)動(dòng)，反應(yīng)器內(nèi)液體產(chǎn)生波浪或渦流形式的液體流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)充分的混合和高效的氣體交換。
文檔編號(hào)C12M3/02GK102787072SQ20121024965
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月28日
發(fā)明者劉慧濤, 孫向東, 童勝, 韓志強(qiáng) 申請(qǐng)人:鄭州威瑞生物技術(shù)有限公司