本實用新型涉及細胞培養(yǎng)裝置技術領域，尤其涉及一種貼壁/懸浮型細胞培養(yǎng)單元、裝置及系統(tǒng)。

背景技術：

細胞的體外規(guī)?；囵B(yǎng)是生產(chǎn)生物制品的一種高效方法。20世紀60-70年代，用于大規(guī)模培養(yǎng)細胞的微載體培養(yǎng)系統(tǒng)和中空纖維細胞培養(yǎng)技術就已創(chuàng)立。近數(shù)十年來，由于人類對生長激素、干擾素、單克隆抗體、疫苗及白細胞介素等生物制品的需求猛增，采用傳統(tǒng)的生物化學技術從動物組織中獲取生物制品的量已遠遠不能滿足需求。隨著細胞培養(yǎng)的原理與方法日臻完善，細胞大規(guī)模培養(yǎng)技術逐漸趨于成熟。

所謂細胞大規(guī)模培養(yǎng)技術（large-scale culture technology）是指在人工條件下（設定ph、溫度、溶氧等），在細胞生物反應器（bioreactor）中高密度大量培養(yǎng)用于生產(chǎn)生物制品的細胞培養(yǎng)技術。目前可大規(guī)模培養(yǎng)的細胞一方面有豬腎、猴腎、地鼠腎等多種原代細胞及人二倍體細胞；另一方面有cho（中華倉鼠卵巢）細胞、BHK-21(倉鼠腎細胞)、Vero細胞(非洲綠猴腎傳代細胞，它是貼壁依賴的成纖維細胞)等傳代細胞系。現(xiàn)有的規(guī)?；毎囵B(yǎng)已成功的用于生產(chǎn)狂犬病疫苗、口蹄疫疫苗、甲型肝炎疫苗、乙型肝炎疫苗、紅細胞生成素、單克隆抗體等多種生物制品。第一代細胞培養(yǎng)技術是通過轉瓶(rollerbottle)進行貼壁細胞培養(yǎng)的一種技術，稱為轉瓶培養(yǎng)技術，該技術具有勞動強度大、空間使用效率低（單位體積提供細胞生長的表面積小、細胞生長密度低）、產(chǎn)品質(zhì)量不均一、培養(yǎng)過程難監(jiān)測和環(huán)境條件不能精確控制等缺點。隨著生物技術的不斷發(fā)展，迫切需要生產(chǎn)穩(wěn)定且可實現(xiàn)實時監(jiān)控的大規(guī)模細胞培養(yǎng)工藝，特別是能夠培養(yǎng)表達特異性蛋白的哺乳動物細胞的工藝，以便獲得大量有用的細胞表達產(chǎn)物。傳統(tǒng)的玻璃方瓶或轉瓶的培養(yǎng)工藝，已不能滿足細胞數(shù)量及其高效分泌產(chǎn)物的需求。

自70年代以來，微載體細胞培養(yǎng)技術及生物反應器（Bioreactor）得到了較快的發(fā)展，生物反應器的種類越來越多，規(guī)模越來越大，較常見的細胞培養(yǎng)生物反應器有空氣提升反應器、中空纖維管反應器、無泡攪拌反應器及籃式生物反應器等。八十年代以來，逐漸開始采用微載生物反應器工藝培養(yǎng)雜交瘤細胞代替小鼠腹腔注射雜交瘤細胞獲取腹水獲得單克隆抗體的方法。動物細胞是一種無細胞壁的真核細胞，生長緩慢，對培養(yǎng)環(huán)境十分敏感。采用傳統(tǒng)的生物化工技術進行動物細胞大量培養(yǎng)，僅僅能滿足培養(yǎng)過程必需的營養(yǎng)要求外，還缺乏建立合理的控制模型，實現(xiàn)pH和溶氧（DO）等培養(yǎng)條件的精確調(diào)控。細胞生物反應器可通過微機精準控制加入反應器內(nèi)的氣體和液體的輸入與輸出，使細胞培養(yǎng)液維持在最佳的pH值和溶氧水平，充分且必要的滿足動物細胞的生長對pH值、溶解氧以及其他養(yǎng)份的需求。目前微載體生物反應器已應用于多種類型的細胞培養(yǎng)，如293T細胞、成肌細胞、Vero細胞、CHO細胞，但由于微載體對細胞的生長特性有一定要求，仍有多種細胞無法采用微載體技術進行培養(yǎng)，且已有的可用微載體培養(yǎng)的細胞，在培養(yǎng)規(guī)模放大上還存在技術瓶頸。伴隨細胞培養(yǎng)技術在規(guī)模和可靠性方面的長足發(fā)展，細胞培養(yǎng)所獲得的生物制品被證明是安全有效的，細胞源生物制品得到了社會的認可。無論獸用還是人用的生物藥物和生物疫苗，都開始選擇細胞培養(yǎng)技術進行生產(chǎn)，尤其對那些分子量相對較大、結構較復雜或有復雜的糖基化（glycosylated）修飾的蛋白質(zhì)來說，細胞培養(yǎng)成為了首選的生產(chǎn)方式。

60年代初，英國AVRI研究所在貼壁細胞系BHK21中將口蹄疫病毒培養(yǎng)成功后，從最初的200ml和800ml玻璃容器開始，很快就放大到30L和100L不銹鋼罐的培養(yǎng)規(guī)模。1967年以后，Wellcome（現(xiàn)為Cooper動物保?。┘瘓F通過旗下位于歐洲、非洲和南美洲8個國家的生產(chǎn)廠商，將此技術應用于口蹄疫疫苗和獸用狂犬疫苗工業(yè)化生產(chǎn)，已掌握了5000L的細胞罐大規(guī)模培養(yǎng)工藝。

目前，國內(nèi)很多企業(yè)仍然采用轉瓶技術進行生產(chǎn)，然而由于轉瓶技術具有不能大規(guī)模制備產(chǎn)品、生產(chǎn)批次間質(zhì)量差異大、產(chǎn)品無法監(jiān)控的缺點，國家明令禁止新的轉瓶生產(chǎn)線的申批。

盡管微載體生物反應器，在國外應用較為廣泛，但是微載體培養(yǎng)工藝操作復雜，對細胞生物反應器的要求高，國內(nèi)設備完全依賴進口。目前國內(nèi)企業(yè)對微載體技術的工藝不能完全掌握，只有少數(shù)企業(yè)可以做到300L的培養(yǎng)規(guī)模，國際上也僅有少數(shù)企業(yè)掌握了1000L以上的培養(yǎng)技術，無法超過5000L的培養(yǎng)規(guī)模，嚴重制約了疫苗及生物工程藥物的研發(fā)及生產(chǎn)。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種貼壁/懸浮型細胞培養(yǎng)單元、裝置、系統(tǒng)及方法，所述單元具有結構簡單、使用方便、培養(yǎng)過程容易監(jiān)控、能滿足大規(guī)模動物細胞培養(yǎng)特點。

為解決上述技術問題，本實用新型所采取的技術方案是：一種貼壁/懸浮型細胞培養(yǎng)單元，其特征在于：包括殼體，所述殼體內(nèi)設有若干個細胞生長板，相鄰的細胞生長板交替的與所述殼體的左側壁或右側壁連接，且所述細胞生長板的前側面與殼體的前側板固定，后側面與殼體的后側板固定，相鄰的細胞生長板之間保留間隙，細胞生長板與殼體的內(nèi)壁之間構成迂回的單向流道，所述單向流道的起始位置設有進液口，所述單向流道的終止位置設有出液口。

進一步的技術方案在于：所述細胞生長板的前側面與所述殼體的前板垂直連接，細胞生長板與細胞生長板之間相互平行。

進一步的技術方案在于：所述進液口上設有進液管，所述出液口上設有出液管。

進一步的技術方案在于：所述細胞生長板的外表面上設有細胞親和性良好的一層或兩層以上的疏松多孔或表面光滑材料。

進一步的技術方案在于：所述材料為纖維素及其衍生物、聚酯纖維、殼聚糖及其衍生物、膠原蛋白、明膠、聚乳酸、聚乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯、聚氨酯泡沫微載體、海藻酸鹽、葡聚糖、玻璃、陶瓷和/或聚N-異丙基丙烯酰胺。

本實用新型還公開了一種貼壁/懸浮型細胞培養(yǎng)裝置，其特征在于：包括若干個所述的細胞培養(yǎng)單元，一個所述細胞培養(yǎng)單元的進液管與另一個所述細胞培養(yǎng)單元的出液管連接，使若干個細胞培養(yǎng)單元之間構成串聯(lián)結構；所述的細胞培養(yǎng)單元的進液管與另一個所述細胞培養(yǎng)單元進液管連接，所述的細胞培養(yǎng)單元出液管與另一個所述細胞培養(yǎng)單元出液管連接，使若干個細胞培養(yǎng)單元之間構成并聯(lián)結構。

本實用新型還公開了一種貼壁型細胞培養(yǎng)系統(tǒng)，其特征在于：包括所述的培養(yǎng)裝置，還包括儲液裝置和第一循環(huán)泵，所述儲液裝置的出液口通過管路與所述培養(yǎng)裝置的進液口連接，所述培養(yǎng)裝置的出液口通過管路與所述儲液裝置的進液口連接，所述第一循環(huán)泵設置于所述管路上，用于驅動所述培養(yǎng)裝置內(nèi)的培養(yǎng)基流動。

進一步的技術方案在于：所述儲液裝置采用能控制溫度、溶氧、pH參數(shù)的發(fā)酵罐。

本實用新型還公開了一種懸浮型細胞培養(yǎng)系統(tǒng)，其特征在于：包括所述的培養(yǎng)裝置，還包括儲液裝置、第一循環(huán)泵、第二循環(huán)泵和細胞分離裝置，所述儲液裝置的出液口通過管路與所述的細胞分離裝置的透過液室的進液口連接，所述儲液裝置的進液口通過管路與所述的細胞分離裝置的透過液室的出液口連接，所述的培養(yǎng)裝置的進液口通過管路與細胞分離裝置的原液室出液口連接，所述的培養(yǎng)裝置的出液口通過管路與細胞分離裝置的原液室進液口連接，所述的第一循環(huán)泵和第二循環(huán)泵分別設置各設置在連接培養(yǎng)裝置和儲液裝置的所述管路上，用于驅動所述培養(yǎng)裝置內(nèi)的培養(yǎng)液和懸浮細胞流動。

采用上述技術方案所產(chǎn)生的有益效果在于：所述的貼壁型細胞培養(yǎng)單元將切向流技術與固定床技術有機結合起來，兼具結構簡單、工藝操作簡便、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、培養(yǎng)過程容易監(jiān)控的優(yōu)點，能穩(wěn)定的進行大規(guī)模細胞擴增培養(yǎng)。

本實用新型的貼壁/懸浮型細胞培養(yǎng)系統(tǒng)的儲液裝置，能夠通過補液控制貼壁/懸浮型細胞培養(yǎng)裝置的整個細胞培養(yǎng)過程的培養(yǎng)條件，與貼壁/懸浮型細胞培養(yǎng)裝置配合完成整個細胞培養(yǎng)過程。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型作進一步詳細的說明。

圖1是本實用新型實施例細胞培養(yǎng)單元的立體結構示意圖；

圖2是本實用新型實施例細胞培養(yǎng)單元去除前側板后的正視結構示意圖；

圖3是本實用新型實施例細胞培養(yǎng)單元中右側板的結構示意圖；

圖4是本實用新型實施例貼壁型細胞培養(yǎng)系統(tǒng)的原理框圖；

圖5是本實用新型實施例懸浮型細胞培養(yǎng)系統(tǒng)的原理框圖

其中：1、殼體2、細胞生長板3、流道4、進液口5、出液口6、進液管7、出液管8、細胞培養(yǎng)單元9、培養(yǎng)裝置10、儲液裝置11、第一循環(huán)泵12、第二循環(huán)泵13、細胞分離裝置。

具體實施方式

下面結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本實用新型，但是本實用新型還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本實用新型內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本實用新型不受下面公開的具體實施例的限制。

如圖1-圖2所示，本實用新型的一個實施例中公開了一種貼壁/懸浮型細胞培養(yǎng)單元，包括殼體1，所述殼體內(nèi)設有若干個細胞生長板2。相鄰的細胞生長板2交替的與所述殼體的左側壁或右側壁連接，且所述細胞生長板2的上側面與殼體的上頂板固定，下側面與殼體的下底板固定，相鄰的細胞生長板2之間保留間隙，細胞生長板2與殼體1的內(nèi)壁之間構成迂回的單向流道3，在細胞培養(yǎng)過程中，培養(yǎng)基在細胞培養(yǎng)單元中的流動方向為平行于細胞生長板。所述單向流道3的起始位置設有進液口4，所述單向流道3的終止位置設有出液口5，當然所述單元的進液口和出液口沒有明顯的區(qū)別，因此可實現(xiàn)倒置使用，將出液口作為進液口，進液口作為出液口，同樣能夠實現(xiàn)本實用新型所述的功能。

由于細胞生長的過程中需要消耗大量的營養(yǎng)，也會產(chǎn)生大量的代謝廢物，因此在細胞培養(yǎng)過程中不斷的更換培養(yǎng)液才能保證細胞的正常生長。同時，蛋白或病毒也存在于培養(yǎng)液中，及時的收獲才能得到最大的設備利用率。因而，利用切向流技術進行換液非常適合細胞培養(yǎng)工藝，兼具結構簡單、工藝操作簡便、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、培養(yǎng)過程容易監(jiān)控的優(yōu)點，能穩(wěn)定的進行大規(guī)模細胞擴增培養(yǎng)。

如圖2所示，在本實用新型的一個實施例中，所述細胞生長板2的下側面與所述殼體1的下底板垂直連接，細胞生長板2與細胞生長板2之間相互平行。需要指出的是，所述所述細胞生長板2整體的可不與所述殼體1的下底板垂直，同樣可以實現(xiàn)本實用新型，只是細胞貼壁效果沒有垂直的好。同理，細胞生長板2與細胞生長板2之間也可以不相互平行，只要沒有交差就可以。

在本實用新型的一個實施例中，如圖3所示，所述進液口4上設有進液管6，所述出液口5上設有出液管7，用于方便的實現(xiàn)單元與單元之間的串聯(lián)或并聯(lián)，形成培養(yǎng)裝置。

此外，需要說明的是，為了使細胞更容易的貼于所述細胞生長板上，所述細胞生長板2的外表面上設有細胞親和性良好的一層或兩層以上的疏松多孔或表面光滑材料。優(yōu)選的，細胞親和性良好的材料可采用纖維素及其衍生物、聚酯纖維（尼龍）、殼聚糖及其衍生物、膠原蛋白、明膠、聚乳酸、 聚乙烯、聚苯乙烯、 聚甲基丙烯酸酯、聚氨酯泡沫微載體、海藻酸鹽、葡聚糖、玻璃、陶瓷或聚N-異丙基丙烯酰胺等材料或上述材料相結合制成。

在本實用新型的一個實施例中，公開了一種貼壁/懸浮型細胞培養(yǎng)裝置，包括若干個所述的細胞培養(yǎng)單元8，一個所述細胞培養(yǎng)單元8的進液管6與另一個所述細胞培養(yǎng)單元8的出液管7連接，使若干個細胞培養(yǎng)單元8之間構成串聯(lián)結構；所述的細胞培養(yǎng)單元8的進液管6與進液管6連接，出液管7與出液管7連接，使若干個細胞培養(yǎng)單元8之間構成并聯(lián)結構。需要說明的是，具體是使用串聯(lián)結構還是并聯(lián)結構需要根據(jù)實際需要進行選擇。

在本實用新型的一個實施例中，如圖4所示，公開了一種貼壁型細胞培養(yǎng)系統(tǒng)，包括所述的培養(yǎng)裝置9、儲液裝置10和第一循環(huán)泵11。所述儲液裝置10的出液口通過管路與所述培養(yǎng)裝置的進液口4連接，所述培養(yǎng)裝置9的出液口5通過管路與所述儲液裝置10的進液口連接，所述第一循環(huán)泵11設置于所述管路上，用于驅動所述培養(yǎng)裝置內(nèi)的培養(yǎng)基流動。優(yōu)選的，儲液裝置10可采用能控制溫度、溶氧、pH參數(shù)的發(fā)酵罐，或將整體系統(tǒng)安裝于恒溫環(huán)境中。

在本實用新型的一個實施例中，如圖5所示，公開了一種懸浮型細胞培養(yǎng)系統(tǒng)，包括所述的培養(yǎng)裝置9，還包括儲液裝置10、第一循環(huán)泵11、第二循環(huán)泵12和細胞分離裝置13。所述儲液裝置10的出液口通過管路與所述的細胞分離裝置13的透過液室的進液口連接，所述儲液裝置10的進液口通過管路與所述的細胞分離裝置13的透過液室的出液口連接，所述的培養(yǎng)裝置9的進液口通過管路與細胞分離裝置13的原液室出液口連接，所述的培養(yǎng)裝置9的出液口通過管路與細胞分離裝置13的原液室進液口連接，所述的第一循環(huán)泵11和第二循環(huán)泵12分別設置各設置在連接培養(yǎng)裝置9和儲液裝置10的所述管路上，用于驅動所述培養(yǎng)裝置內(nèi)的培養(yǎng)液和懸浮細胞流動。

本實用新型的貼壁/懸浮型細胞培養(yǎng)系統(tǒng)的儲液裝置，能夠通過補液控制貼壁型細胞培養(yǎng)裝置的整個細胞培養(yǎng)過程的培養(yǎng)條件，與貼壁/懸浮型細胞培養(yǎng)裝置配合完成整個細胞培養(yǎng)過程。

一種貼壁型細胞培養(yǎng)方法，包括如下步驟：

貼壁：將貼壁型細胞培養(yǎng)裝置與細胞接種瓶進行無菌連接，通過循環(huán)泵將細胞接種瓶內(nèi)的接種液循環(huán)送入貼壁型細胞培養(yǎng)裝置內(nèi)，待接種濃縮液將貼壁型細胞培養(yǎng)裝置的各單元內(nèi)的所有流道剛好充滿時，將貼壁型細胞培養(yǎng)裝置的進液口、出液口封閉，在恒溫環(huán)境中靜置一段時間，細胞即可粘附到細胞生長板上，達到貼壁的目的。當接種細胞達到40-60%貼壁后，將貼壁型細胞培養(yǎng)裝置顛倒放置；或當細胞完全貼壁后，再次接種新的細胞（與首次接種操作相同），接種結束后，倒置細胞培養(yǎng)裝置并恒溫靜置一段時間，細胞貼壁后，即可轉入培養(yǎng)環(huán)節(jié)。

培養(yǎng)：將貼壁型細胞培養(yǎng)裝置與儲液裝置按照圖4連接，儲液裝置可采用能控制溫度、溶氧、pH參數(shù)的發(fā)酵罐（或將整體系統(tǒng)安裝于恒溫環(huán)境中），保證細胞培養(yǎng)過程中環(huán)境處于穩(wěn)態(tài)，在培養(yǎng)過程中，通過蠕動泵將培養(yǎng)基注入貼壁型細胞培養(yǎng)裝置的流道中，在給細胞提供營養(yǎng)的同時，將細胞代謝產(chǎn)物帶走。

消化：培養(yǎng)結束后，將貼壁型細胞培養(yǎng)裝置中的培養(yǎng)基快速排干，加入消化液，靜置一段時間后，通過出液口排出消化液及細胞，如不能完全排空可通過進液口加入新鮮培養(yǎng)基，通過出液口收集細胞。

感染及收獲病毒:對于疫苗生產(chǎn)，可在培養(yǎng)結束后加入病毒，待病毒達到收獲密度后，通過出液口收集病毒液。

本實用新型所述的培養(yǎng)方法，通過使用培養(yǎng)系統(tǒng)，能夠穩(wěn)定、高效的培養(yǎng)細胞，適合大規(guī)模細胞培養(yǎng)。

一種懸浮型細胞培養(yǎng)方法，包括如下步驟：

細胞接種：將懸浮型細胞培養(yǎng)裝置與細胞接種瓶進行連接，通過循環(huán)泵循環(huán)將細胞接種瓶內(nèi)的接種液送入貼壁型細胞培養(yǎng)裝置內(nèi)，使得接種液將懸浮型細胞培養(yǎng)裝置的各培養(yǎng)單元的所有流道充滿；

培養(yǎng)：將懸浮型細胞培養(yǎng)裝置與儲液裝置、細胞分離裝置連接，在培養(yǎng)過程中，通過循環(huán)泵11將帶有細胞懸濁液的培養(yǎng)基注入到所懸浮型細胞培養(yǎng)裝置的流道中，細胞培養(yǎng)液的流動沖刷力使得細胞懸浮而不沉降，同時循環(huán)泵12將儲液瓶的培養(yǎng)液注入細胞分離裝置，使得新鮮的培養(yǎng)基和舊的培養(yǎng)基發(fā)生交換，在給細胞提供營養(yǎng)的同時，將細胞代謝產(chǎn)物帶走，而不將細胞帶走。