本發(fā)明涉及一種生物工程技術(shù)設備，是與細胞培養(yǎng)和細胞分選有關(guān)的多功能生物反應器。

背景技術(shù)：

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代細胞生物學工程技術(shù)已經(jīng)廣泛應用于社會生產(chǎn)的方方面面。并伴隨著細胞生物學工程技術(shù)在生物、醫(yī)療、美容等社會多個行業(yè)的快速發(fā)展和應用，迫切需要進行大規(guī)模的細胞培養(yǎng)，以便獲得大量有用的細胞表達產(chǎn)物。而采用玻璃瓶靜置或旋轉(zhuǎn)瓶的培養(yǎng)方法，其所培養(yǎng)的細胞數(shù)量及其分泌產(chǎn)物早已不能滿足社會各行業(yè)的需求。經(jīng)過多年的技術(shù)研究和發(fā)展，至今已經(jīng)開發(fā)出多種類型的生物反應器，滾瓶式生物反應器、攪動懸浮培養(yǎng)生物反應器、搖袋式生物反應器、旋轉(zhuǎn)壁式生物反應器、平板型生物反應器、固定流化床式生物反應器等。

在培養(yǎng)細胞的方式上，有靜置狀態(tài)以及運動狀態(tài)兩種方式。在靜置狀態(tài)下培養(yǎng)的細胞，培養(yǎng)時受到的剪切力最小，但靜置狀態(tài)下培養(yǎng)的細胞在密度較大時，容易造成在培養(yǎng)容器底部的一些細胞無法獲得足夠的營養(yǎng)成份，并伴隨著在細胞培養(yǎng)過程中乳酸、丙酮酸以及一些抑制生長的代謝廢物的逐漸增加，容易造成培養(yǎng)容器底部的一些細胞生長停滯甚至壞死。因此不適合用于大規(guī)模的細胞培養(yǎng)和擴增。在運動狀態(tài)下培養(yǎng)細胞的應用中，有許多生物反應器采用機械攪拌式或氣升攪拌式攪動生物反應器內(nèi)培養(yǎng)液里面的細胞，使細胞處在懸浮狀態(tài)。在傳統(tǒng)的機械攪拌式或者氣升攪拌式的生物反應器內(nèi)攪動時，會在細胞表面產(chǎn)生剪切力。在培養(yǎng)細胞時，特別是培養(yǎng)異常敏感的干細胞時，過大的剪切力會導致細胞的損傷甚至死亡。在有些生物反應器中，通過靜置或者輕柔的運動方式培養(yǎng)細胞，雖然降低了剪切力，但是一旦停止運轉(zhuǎn)，細胞可能累積于細胞培養(yǎng)容器底部或細胞培養(yǎng)容器中的其它位置，而且是不均勻地分布，不利于絕大多數(shù)細胞生長。

專利102199538A中提出了一個能適用于微載體細胞培養(yǎng)的生物反應器設計方案，通過讓罐體上下端反復調(diào)換的方式讓微載體懸浮，吸附在微載體上的粘附細胞隨著罐體的上下移動而實現(xiàn)細胞以及微載體的懸浮，而在實際應用過程中，微載體隨著罐體的上下調(diào)換過程中，趨向于貼著培養(yǎng)罐體壁的一側(cè)運動，對一側(cè)的培養(yǎng)基、細胞產(chǎn)生的攪動比另一側(cè)大，另一側(cè)受到的攪動有限，從而不能使細胞在整個培養(yǎng)環(huán)境中均勻懸浮，在這個過程中，攪動較劇烈一側(cè)的細胞極易受到損傷，使得細胞死亡率增加。

在細胞體外培養(yǎng)時，存在懸浮細胞與貼壁細胞兩種以不同方式生長的細胞。貼壁細胞需要依附于一定的支持物表面才能生長，當細胞的生長增殖占據(jù)了全部支持物表面后，細胞由于接觸抑制而不能繼續(xù)生長，因此對于貼壁生長的細胞在支持物表面積限定的情況下很難進行大規(guī)模培養(yǎng)。并且大多數(shù)生物反應器只能滿足其中一種生長方式的細胞的培養(yǎng)。而在大規(guī)模培養(yǎng)細胞時，需要將不同的培養(yǎng)細胞從培養(yǎng)容器中分離出來，因為在某些應用中，例如干細胞治療時，在間充質(zhì)干細胞和造血干細胞共同培養(yǎng)時，細胞的生長狀態(tài)更好，治療效果也更加突出。而為了讓貼壁生長的細胞可以高密度的生長，便產(chǎn)生了使細胞在微載體上懸浮生長的技術(shù)：讓貼壁細胞細胞貼附于微載體上，當微載體懸浮在培養(yǎng)基中時，細胞一起懸浮生長，由于微載體的數(shù)量多、表面積大，供細胞可生長的表面也相當大，可以滿足細胞的大規(guī)模快速生長。

在現(xiàn)在的常用微載體生物反應器中，貼壁細胞一般吸附的微小載體的尺寸在幾微米到幾百微米不等，如專利CN 101416059A(水凝膠專利)當微載體越小時，相連的微載體之間的空隙比較少，細胞生長的密度比較大，容易造成供氧不足，導致細胞死亡。當細胞增長一定數(shù)量之后，這些細胞和微載體會一起聚集成團，形成聚集體，在聚集體內(nèi)部的細胞不能獲得充足的養(yǎng)分，生長狀態(tài)將變差，如果是干細胞，則更容易產(chǎn)生非特異性分化。并且在細胞培養(yǎng)成型后，可能需要使用某種特殊的程序把細胞從小生態(tài)環(huán)境中洗出，或者是必須加入某種特定的試劑降解構(gòu)建小生態(tài)環(huán)境的物質(zhì)，以釋放出靶細胞。

以上所列舉的多種細胞培養(yǎng)方式，在原理上都存在一些缺陷和局限性，不能高效率、大規(guī)模、多樣性的實現(xiàn)各種類型細胞的培養(yǎng)，從而影響細胞生物技術(shù)在社會上規(guī)模化的廣泛應用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)在社會上廣泛應用的一些生物反應器，在細胞培養(yǎng)技術(shù)和方法上，想要取得突破性的發(fā)展和規(guī)?；膽茫€需要解決以下的一些問題：

①、足夠的營養(yǎng)成份供給空間：在細胞生長的過程中，通過持續(xù)不斷的供應足夠的養(yǎng)分，并且在細胞周圍有足夠的空間進行養(yǎng)分的交換與分泌物的排泄。

②、溫和輕柔的攪拌方式：在細胞培養(yǎng)過程中，盡可能的減少因?qū)ε囵B(yǎng)基或載體的攪拌而在細胞表面產(chǎn)生的剪切力，避免細胞的損傷，特別是干細胞的非定向分化。

③、持續(xù)穩(wěn)定的懸浮技術(shù)：在培養(yǎng)細胞過程中，需要保證懸浮細胞能持續(xù)穩(wěn)定的懸浮在培養(yǎng)容器中自由生長。

④、多種類細胞的培養(yǎng)：一種能夠高效培養(yǎng)細胞的方式，既能夠培養(yǎng)懸浮細胞，也能夠同時培養(yǎng)貼壁細胞。如造血干細胞和間充質(zhì)干細胞的聯(lián)合培養(yǎng)。

⑤、實時快速便捷的檢測：在細胞培養(yǎng)過程中，可以實現(xiàn)實時快速快捷的檢測細胞生長情況，以及培養(yǎng)基情況。

⑥、能以簡便的方式實現(xiàn)同步分選：能夠讓細胞分選與細胞擴增兩種程序在同一個培養(yǎng)容器內(nèi)完成，操作簡便易行，可以最大限度地減少污染和靶細胞的損傷及死亡的風險，從而極大地提高細胞培養(yǎng)的效率。

⑦、簡便的細胞收獲方法:不需要加入另外的物質(zhì)，使培養(yǎng)好的細胞從附載的微環(huán)境中脫離出來。

⑧、多功能、操作簡便的人機交互操作系統(tǒng)：全程電腦控制記錄，實時反饋及調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)。

只有滿足以上功能要求的生物反應器，才能在社會各領(lǐng)域、各行業(yè)的實際應用中，能夠快速、大規(guī)模、廣泛的發(fā)展起來，并快速產(chǎn)生經(jīng)濟效益和社會效應，為推動細胞生物科學技術(shù)及研究的可持續(xù)性發(fā)展提供動力和基礎(chǔ)。

本發(fā)明所涉及的一種以培養(yǎng)細胞和細胞分選的多功能生物反應器，是以模擬人體內(nèi)細胞生長的動態(tài)微環(huán)境，在減小剪切力的情況下，高效率的擴增各類型細胞，如造血干細胞、免疫細胞等，并保證細胞的活性，特別是干細胞的“干性”。同時，本發(fā)明的生物反應器集成了全自動的細胞分選、細胞密度檢測反饋等多種功能，可以讓細胞分選與細胞擴增兩種流程在一個培養(yǎng)容器內(nèi)完成，操作簡便易行，可以最大限度地減少了細胞污染和靶細胞損傷及死亡的風險，極大地提高了細胞的培養(yǎng)效率。

本發(fā)明的所涉及的一種以培養(yǎng)細胞和細胞分選的多功能生物反應器主要通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)：包括翻轉(zhuǎn)裝置、細胞培養(yǎng)容器，翻轉(zhuǎn)裝置包含可圍繞空間軸運轉(zhuǎn)的翻轉(zhuǎn)支架，與翻轉(zhuǎn)支架物理連接的磁場發(fā)生裝置，細胞培養(yǎng)容器以可拆卸方式固定在翻轉(zhuǎn)支架上，細胞培養(yǎng)容器位于上述空間軸或其延長線上，跟隨翻轉(zhuǎn)支架按一定的規(guī)律和軌跡運轉(zhuǎn)，細胞培養(yǎng)容器端面靠近磁場發(fā)生裝置，磁場發(fā)生裝置可控制圍繞細胞培養(yǎng)容器周邊及內(nèi)部磁場的變化。

以上所述的翻轉(zhuǎn)裝置主要由基座、電機罩、電機支架、翻轉(zhuǎn)電機、翻轉(zhuǎn)支架、磁芯、密封膠墊等部件組成。翻轉(zhuǎn)電機固定在電機支架上，電機罩罩在翻轉(zhuǎn)電機上并壓住密封膠墊固定在電機支架上；磁芯安裝在翻轉(zhuǎn)支架內(nèi)；翻轉(zhuǎn)支架套在翻轉(zhuǎn)電機上與電機支架固定在基座上。其特征在于，所述的翻轉(zhuǎn)電機可根據(jù)程序參數(shù)設置按一定的轉(zhuǎn)速、頻率和正反兩向角度旋轉(zhuǎn)。

以上所述的細胞培養(yǎng)容器主要由容器框體、載體等部件組成。載體通過容器框體的端部接口放置于容器框體內(nèi)部。其特征在于，所述的細胞培養(yǎng)容器是通過容器框體容納培養(yǎng)液、載體、細胞等細胞培養(yǎng)要素，以提供細胞生長的微環(huán)境。并隨著翻轉(zhuǎn)裝置的轉(zhuǎn)動而帶動容器框體內(nèi)載體的上下運動，從而實現(xiàn)攪動容器框體內(nèi)培養(yǎng)液的功能，以利于懸浮細胞的均勻分布生長。并同時通過載體為貼壁細胞提供一個可生長的表面，以擴大貼壁細胞的生長空間。

以上所述的多功能生物反應器可包含控制系統(tǒng)，其主要由主機箱、顯示屏幕、主控制器、開關(guān)電源、機箱蓋板等部件組成。顯示屏幕固定在主機箱的前端面，主控制器與開光電源安裝在主機箱內(nèi)部的隔板上，機箱蓋板固定在主機箱后端面。其特征在于，負責整個系統(tǒng)的界面顯示、操作、程序運行與設置等人機交互信息的處理。并將從主控制器中設置好的程序或者指令信息轉(zhuǎn)化為電子信號，進而操控整個生物反應器中電氣部件的工作，并將從受控電氣部件得到的信息反饋給主控制器并顯示在顯示屏幕上。所述的電氣部件括翻轉(zhuǎn)電機、磁芯、光電檢測器、蠕動泵等

以上所述的翻轉(zhuǎn)裝置的翻轉(zhuǎn)支架上可裝配有一個或多個細胞培養(yǎng)容器。

以上所述的翻轉(zhuǎn)支架的運動方式包括但不限于翻轉(zhuǎn)、搖擺、拋物線運動、曲線運動或上下左右直線運動。

以上所述的翻轉(zhuǎn)支架兩側(cè)端安裝有磁芯。磁芯可以由電磁鐵或者永磁鐵構(gòu)成。磁芯采用永磁鐵時，配合裝配有磁芯支架以及屏蔽磁板。將屏蔽磁板和磁芯安裝在磁芯支架兩側(cè)面，通過磁芯支架的旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)磁力的有無；磁芯采用電磁鐵時，通過控制電流的大小、方向以及通斷來控制磁力的大小、方向和有無，以此來達到吸附或釋放附載體的功能，從而實現(xiàn)附載體在容器框體內(nèi)的不同存在狀態(tài)。

以上所述的磁芯為永磁鐵構(gòu)成時，磁芯支架由磁芯電機控制旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速度為1～200r/min，其最佳的旋轉(zhuǎn)速度為20-60r/min左右。

以上所述的磁芯與容器框體兩端面的距離不超過200毫米。

以上所述的屏蔽磁板可由坡莫合金、硅鐵軟磁合金和鐵、鈷、鎳及其合金等導磁性高的金屬材料制成。

以上所述翻轉(zhuǎn)電機包含但不限于直流電動機、異步電動機、同步電動機，尤其是用于精確控制的步進電機和伺服電機。

以上所述翻轉(zhuǎn)電機的翻轉(zhuǎn)角度順時針旋轉(zhuǎn)不超過360°，逆時針旋轉(zhuǎn)不超過360°。

以上所述翻轉(zhuǎn)電機的旋轉(zhuǎn)速度為1～200r/min，其最佳的旋轉(zhuǎn)速度為2～60r/min左右。

以上所述的翻轉(zhuǎn)支架上可裝配有光電檢測器，其包含有光敏電阻和發(fā)光體、以及各種光電檢測探頭。

以上所述的光電檢測器監(jiān)控的條件包括但不限于：細胞密度(濃度)、pH值、葡萄糖、二氧化碳、氧氣、氮氣濃度和反應器室中的溫度、濕度等。

以上所述的光電檢測器或通過電極插針方式插接在翻轉(zhuǎn)支架上；或可通過卡槽卡扣方式扣接在翻轉(zhuǎn)支架上；或可通過焊接固定在翻轉(zhuǎn)支架上；或可通過插銷固定在翻轉(zhuǎn)支架上；或可用螺釘固定在翻轉(zhuǎn)支架上；或可通過磁性吸附在翻轉(zhuǎn)支架上，并可通過其接口實現(xiàn)導電、傳輸數(shù)據(jù)等功能。

以上所述的密封膠墊主要是由硅膠、橡膠、聚四氟乙烯、石墨、玻璃纖維或碳纖維等材料制作成型。

以上所述的基座主要材質(zhì)由金屬、塑料或者其他非金屬材料制作成型。最佳采用醫(yī)用不銹鋼及聚甲醛(POM)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)等。

以上所述的電機罩主要材質(zhì)由金屬、塑料或者其他非金屬材料制作成型。最佳采用醫(yī)用不銹鋼及聚甲醛(POM)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)等。

以上所述的翻轉(zhuǎn)支架主要是由塑料、金屬或者其他非金屬材料制作成型。最佳采用醫(yī)用不銹鋼及聚甲醛(POM)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)等。

以上所述的主機箱主要材質(zhì)由金屬鈑金成型、塑料或者其他非金屬材料制作成型。

以上所述的主機箱內(nèi)可集成內(nèi)置CO₂培養(yǎng)箱功能，并可將翻轉(zhuǎn)裝置和細胞培養(yǎng)容器集成安裝在內(nèi)置的CO₂培養(yǎng)箱內(nèi)。以上所述的主機箱包含但不限于CO₂培養(yǎng)箱所含有的所有功能。

以上所述的顯示屏幕可采用非觸摸式顯示屏和觸摸式顯示屏。

以上所述的主機箱上可設置有供外界設備接入的通訊及電源數(shù)據(jù)線接口，包含但不限于USB接口、同軸接口、光纖接口、網(wǎng)線接口、火線接口、串行接口等接口類型。

以上所述的可另在主機箱上外部附加鍵盤、鼠標、寫字板、掃描儀等外設型輸入輸出設備。

以上所述的主機箱上可安裝有灌注泵，其特征在于為細胞培養(yǎng)容器注入培養(yǎng)液或其他生長因子、激素、細胞因子等細胞增殖所需的營養(yǎng)成份而提供持續(xù)的灌注動力，其類型包含但不限于蠕動泵或注射器或壓力泵或活塞泵等所包含的所有功能。

以上所述的主機箱上可裝配有吊桿支架，以便將大容量的培養(yǎng)液存儲容器掛裝在上面，可實現(xiàn)長時間、大體積的細胞培養(yǎng)灌注需求。

以上所述的灌注泵其工作過程是通過主控制器操控灌注泵按程序運轉(zhuǎn)，并通過相應的管道將新鮮的培養(yǎng)液灌注到細胞培養(yǎng)容器中，以此迅速擴增和分化所培養(yǎng)的細胞，并將培養(yǎng)液廢液和廢棄物從培養(yǎng)容器中排出，同時保證增殖的細胞留存在培養(yǎng)容器內(nèi)。

以上所述的培養(yǎng)液存儲容器其包含但不限于現(xiàn)有的袋裝存儲器、玻璃容器存儲器、不銹鋼罐體存儲器以及其他金屬、塑料或者非金屬材料制成的存儲容器。

以上所述的培養(yǎng)液存儲容器可采用一個；或可采用兩個；或可采用兩個以上，根據(jù)不同的培養(yǎng)要求和環(huán)境安裝不同數(shù)量的培養(yǎng)液存儲容器。

以上所述的管道包含但不限于硅膠管、不銹鋼管、塑料管及其他非金屬制成的管道。

針對目前市場上廣泛應用的用于細胞培養(yǎng)的生物反應器，在面對動物細胞需要大規(guī)模、高密度培養(yǎng)時，還要同時保證在細胞培養(yǎng)的過程中對細胞的損傷程度減少到最小，就目前的技術(shù)水平來說還是很困難的。因為在目前的技術(shù)背景下，細胞在培養(yǎng)過程中的損傷主要來自兩個方面：一是導入氣體養(yǎng)分時，氣體在逸出培養(yǎng)基液面時所形成的氣泡產(chǎn)生爆裂，從而對細胞造成損傷，二是在使用機械攪拌時，培養(yǎng)基液體內(nèi)部產(chǎn)生的剪切力對細胞造成的損傷。

本發(fā)明的生物反應器就是以這兩點為基礎(chǔ)，從根本上解決了這兩個問題。并在原理結(jié)構(gòu)上擁有以下幾點優(yōu)勢：

①、在結(jié)構(gòu)上，培養(yǎng)容器內(nèi)細胞的生長是在細胞保持懸浮或者靜置狀態(tài)或者懸浮與靜置狀態(tài)交替方式時進行的。一方面培養(yǎng)容器可透氣，氣體是慢慢滲透溶解到培養(yǎng)基中的，全程無氣體直接導入到培養(yǎng)基中，也就不會生成氣泡及其產(chǎn)生的爆裂對細胞造成損傷；另一方面在細胞生長時，利用載體自身重力或者浮力或者磁性緩慢的運動，以達到攪拌培養(yǎng)基的效果，從而使培養(yǎng)基液體內(nèi)部不會產(chǎn)生剪切力，也就從根本上解決了機械式攪拌方式對細胞造成的損傷。而且本發(fā)明的生物反應器采用間歇性培養(yǎng)方式，在增加了細胞生長穩(wěn)定性的同時，也能使細胞以及載體在攪拌時控制其懸浮效果，從而能更好地營造細胞生長的微環(huán)境以及其營養(yǎng)成份的交換空間。

②、在原理上，培養(yǎng)容器兩端的可調(diào)磁場可用于協(xié)調(diào)細胞分選程序和培養(yǎng)程序。細胞分選時，可調(diào)磁場用于捕獲分選細胞中帶磁性標記的細胞，并讓這些細胞粘附于上述的載體的表面，因此在隔離了其他細胞后就可以讓這些捕獲的細胞繼續(xù)生長增殖。同時也因為排除了像其他培養(yǎng)容器那樣的在外部狀態(tài)下分選以及轉(zhuǎn)移這一步驟，減小了微環(huán)境對細胞的污染。

③、在功能上，培養(yǎng)容器可用于絕大部分細胞的培養(yǎng)，包括懸浮細胞、貼壁細胞和兼性貼壁細胞。并且對于懸浮細胞而言，由于培養(yǎng)容器的培養(yǎng)液內(nèi)部無剪切力，可以最大限度的減少造成造血干細胞非特異性分化。

④、在性能上，培養(yǎng)容器中細胞的生長由計算機程序控制，操作簡便，細胞在分選和生長過程中可以隨時監(jiān)測培養(yǎng)條件，并通過光電檢測器取得數(shù)據(jù)參數(shù)，記錄和報告細胞的生長情況，以便實時的提供補充培養(yǎng)基、變更培養(yǎng)基或停止培養(yǎng)的建議。在補充培養(yǎng)基時，生物反應器自動開始交換培養(yǎng)基包括排空、清洗以及加注。

⑤、在運用中，培養(yǎng)容器由于是采用一次性耗材，無需清洗、消毒，不會產(chǎn)生交叉污染，細胞接觸到的容器內(nèi)壁安全、可靠，并且培養(yǎng)容器的制作可以實現(xiàn)大批量、規(guī)?；纳a(chǎn)，產(chǎn)量和質(zhì)量更容易保證，可以滿足大規(guī)模細胞培養(yǎng)的需求。

⑥、在收獲時，細胞培養(yǎng)完成后，細胞可能需要使用特殊的程序從小生態(tài)環(huán)境中洗出。其他的生物反應器需要融化或者用酶消化構(gòu)建小生態(tài)環(huán)境的物質(zhì)材料，以釋放靶細胞。而在本發(fā)明的生物反應器中，載體之間的空隙自然形成了用于細胞生長的小微生態(tài)環(huán)境，而當變換磁場強度，使載上升或下沉時，就可以輕易地釋放出靶細胞。

本發(fā)明所涉及的生物反應器由于改善了細胞培養(yǎng)時的攪拌方式，可以最大限度的降低細胞生長時由于液體攪拌運動所造成的剪切力對細胞的損害，能在細胞培養(yǎng)過程中提供足夠的代謝支持，并能同時進行各類型細胞特別是敏感型細胞的增殖和細胞的多重培養(yǎng)，以及對細胞的同步分選、細胞培養(yǎng)環(huán)境的實時監(jiān)測等細胞培養(yǎng)要素的優(yōu)化，提供了簡便、高效的方法，極大的提高了細胞的培養(yǎng)效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明ZYX生物反應器M1立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明ZYX生物反應器M1分解結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明ZYX生物反應器M1智能主機控制系統(tǒng)分解示意圖。

圖4是本發(fā)明ZYX生物反應器M1多功能翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)分解示意圖。

圖5是本發(fā)明ZYX生物反應器M1細胞培養(yǎng)系統(tǒng)分解示意圖。

圖6是本發(fā)明ZYX生物反應器M1細胞培養(yǎng)循環(huán)流程分解示意圖。

圖7是本發(fā)明ZYX生物反應器S20立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是本發(fā)明ZYX生物反應器S20分解結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9是本發(fā)明ZYX生物反應器S20智能主機控制系統(tǒng)分解示意圖。

圖10是本發(fā)明ZYX生物反應器S20多功能翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)分解示意圖。

圖11是本發(fā)明ZYX生物反應器S20細胞培養(yǎng)系統(tǒng)分解示意圖。

圖12是本發(fā)明ZYX生物反應器S20細胞培養(yǎng)循環(huán)流程分解示意圖。

圖13是本發(fā)明ZYX生物反應器細胞培養(yǎng)容器接口示意圖。

圖14是本發(fā)明ZYX生物反應器的多功能翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)放置在CO2培養(yǎng)箱內(nèi)的示意圖。

具體實施方式

實施例一：

本發(fā)明的ZYX生物反應器M1的立體結(jié)構(gòu)如圖1，主要由三個模塊部分組成，如圖2所示。包括控制系統(tǒng)1、翻轉(zhuǎn)裝置2和細胞培養(yǎng)容器3等構(gòu)成。

如圖3所示，在控制系統(tǒng)中，包含：主機箱1-1、顯示屏幕1-2、警示燈1-3、面板1-4、電腦主機開關(guān)1-5、吊桿支架1-6、廢液袋1-7、培養(yǎng)基存儲袋1-8、讀碼器天線1-9、吊桿定位環(huán)1-10、硅膠導管1-11、主控制器1-12、主機箱后蓋1-13、固線槽1-14、第一開關(guān)電源1-15、第二開關(guān)電源1-16、安裝板1-17、電腦主機1-18、主機固定板1-19、散熱風扇1-20、主機箱電源開關(guān)1-21、保護開關(guān)1-22、電源接口1-23、網(wǎng)線接口1-24、導管端蓋1-25、減震墊1-26、蠕動泵1-27、主機箱前蓋1-28、USB接口1-29、第一通信線端子1-30。在整體裝配過程中，先將四個減震墊1-26用螺釘鎖緊在主機箱1-1底部；USB接口1-29、第一通信線端子1-30分別用螺釘固定在主機箱1-1右側(cè)的上下卡槽內(nèi)；電腦主機1-18通過主機固定板1-19用螺釘固定在主機箱1-1的底部；主機箱電源開關(guān)1-21、保護開關(guān)1-22、電源接口1-23和網(wǎng)線接口1-24分別用螺釘固定在主機箱1-1后部下端的相應的槽口內(nèi)；散熱風扇1-20固定在主機箱1-1的左端上部相對的孔內(nèi)；兩個蠕動泵1-27分別穿過主機箱1-1前端對應的卡口用螺釘固定；顯示屏幕1-2對應用螺釘固定在主機箱1-1上端部，警示燈1-3和電腦主機開關(guān)1-5分別固定在面板1-4上的端口內(nèi)，再將裝配好的面板1-4罩住顯示屏幕1-2用螺釘緊固在主機箱1-1上端部；將讀碼器天線1-9用螺釘鎖緊在吊桿支架1-6一側(cè)，并將電源線穿過吊桿支架1-6上的孔連接到主機箱1-1內(nèi)，再將兩個吊桿定位環(huán)1-10分別套在吊桿支架1-6的兩端，然后將吊桿支架1-6的兩端穿過主機箱1-1上端的孔槽，在主機箱1-1內(nèi)部用螺母鎖緊固定；將固線槽1-14、第一開關(guān)電源1-15、第二開關(guān)電源1-16及主控制器1-12分別用螺釘固定在安裝板1-17上，再連同安裝板1-17一起用螺釘固定在主機箱1-1內(nèi)的支架板上，并分別將其他電器元件的電源線和數(shù)據(jù)線對應連接或插接起來；主機箱前蓋1-28通過銷軸連接在主機箱1-1前部的鉸鏈上，再用螺釘把主機箱后蓋1-13固定在主機箱1-1后部；將廢液袋1-7和培養(yǎng)基存儲袋1-8分別掛在吊桿支架1-6上的吊鉤上，并將培養(yǎng)基存儲袋1-8上的識別標簽正對著讀碼器天線1-9，以便隨時讀取或存儲數(shù)據(jù)；再分別將兩根硅膠導管1-11連接在廢液袋1-7和培養(yǎng)基存儲袋1-8下部的端口上，并穿過主機箱1-1左側(cè)上部的槽口，分別卡在兩個蠕動泵1-27內(nèi)，通過主機箱1-1上的掛鉤引出，把導管端蓋1-25蓋上固定硅膠導管1-11，以此組裝成一個完整的控制系統(tǒng)。

如圖4所示，在翻轉(zhuǎn)裝置中，包含：第二通信線端子2-1、電機罩2-2、翻轉(zhuǎn)電機2-3、電機支撐板2-4、定位密封環(huán)2-5、后端支架2-6、電機軸套2-7、翻轉(zhuǎn)架后蓋2-8、磁芯電機2-9、第一電極套2-10、翻轉(zhuǎn)支架2-11、基座2-12、光電檢測支架蓋2-13、光電檢測支架2-14、光電檢測接收器2-15、磁芯2-16、磁芯支架2-17、前端支架2-18、前端蓋2-19、翻轉(zhuǎn)支架前蓋2-20、第二電極套2-21、磁芯屏蔽板2-22、鎖緊旋鈕2-23、光電檢測發(fā)射器2-24、導管支架2-25、導管固定蓋2-26。后端支架2-6固定在基座2-12上；翻轉(zhuǎn)電機2-3用螺釘固定在電機支撐板2-4上，再將電機支撐板2-4用螺釘固定在后端支架2-6上；分別將第一電極套2-10和第二電極套2-21安裝在翻轉(zhuǎn)支架2-11中間兩端的圓柱筒空間內(nèi)，把四個鎖緊旋鈕2-23分別安裝在翻轉(zhuǎn)支架2-11上端四個相應的固定孔內(nèi)，將兩個磁芯電機2-9分別用螺釘固定在翻轉(zhuǎn)架后蓋2-8上，兩塊磁芯2-16與兩塊磁芯屏蔽板2-22分別兩兩相對地固定在磁芯支架2-17，再分別將裝配好的兩個磁芯支架2-17一端卡槽卡在磁芯電機2-9的旋轉(zhuǎn)軸上，兩個磁芯支架2-17上的兩塊磁芯屏蔽板2-22裝配后位置相對，再把翻轉(zhuǎn)支架2-11上的兩個套筒分別穿過兩個裝配好的磁芯支架2-17卡接在翻轉(zhuǎn)架后蓋2-8上，用螺釘鎖緊固定，然后把翻轉(zhuǎn)支架前蓋2-20上的兩個孔分別套在兩個磁芯支架2-17的軸端，與翻轉(zhuǎn)支架2-11套在一起，并用螺釘鎖緊固定；把電機軸套2-7用螺釘固定在組裝好的翻轉(zhuǎn)支架2-11上，并在翻轉(zhuǎn)支架2-11兩端的轉(zhuǎn)軸上分別套上定位密封環(huán)2-5，然后分別套在后端支架2-6和前端支架2-18的軸孔內(nèi)，并把電機軸套2-7上的軸孔套在翻轉(zhuǎn)電機2-3的轉(zhuǎn)軸上，用緊定螺釘鎖緊，并在翻轉(zhuǎn)支架2-11的前端用螺釘固定好前端蓋2-19；把第二通信線端子2-1用螺釘固定在電機罩2-2上相應的槽口內(nèi)，并把第二通信線端子2-1尾端相應的電源線或數(shù)據(jù)線分別連接在對應的磁芯電機2-9和第一電極套2-10上，再把電機罩2-2用螺釘分別固定在后端支架2-6與基座2-12上；最后把導管支架2-25用螺釘固定在電機罩2-2上，并把導管固定蓋2-26卡在導管支架2-25卡槽內(nèi)；將光電檢測接收器2-15用螺釘固定在光電檢測支架2-14上，并蓋上光電檢測支架蓋2-13用螺釘固定，組裝成光電檢測接收端，將之對應插接在翻轉(zhuǎn)支架2-11下端的第一電極套2-10和第二電極套2-21的前后電極卡口內(nèi)；將光電檢測發(fā)射器2-24用螺釘固定在光電檢測支架2-14上，并蓋上光電檢測支架蓋2-13用螺釘固定，組裝成光電檢測發(fā)射端，將之對應插接在翻轉(zhuǎn)支架2-11下端的第一電極套2-10和第二電極套2-21的前后電極卡口內(nèi)，以此組裝成一個完整的翻轉(zhuǎn)裝置。

如圖5所示，細胞培養(yǎng)容器中，包含容器框體3-1、進珠口密封蓋3-2、載體磁珠3-3。把進珠口密封蓋3-2旋轉(zhuǎn)從容器框體3-1上打開后將一定數(shù)量的載體磁珠3-3從容器框體3-1上的進珠口放入到容器框體3-1內(nèi)部的空間內(nèi)，再將進珠口密封蓋3-2旋緊在容器框體3-1的進珠口上密封，以此組裝成一個完整的細胞培養(yǎng)容器。

如圖1所示，由以上控制系統(tǒng)上引出的兩根硅膠導管1-11穿過導管支架2-25上的槽，分別接入到容器框體3-1上對應的接口上，并固定導管固定蓋2-26，保證從培養(yǎng)基存儲袋1-8接出的硅膠導管1-11接到容器框體3-1上的輸入端，從廢液袋1-7接出的硅膠導管1-11接到容器框體3-1上的排出端，再將細胞培養(yǎng)容器3用鎖緊旋鈕2-23固定在翻轉(zhuǎn)裝置2上的翻轉(zhuǎn)支架2-11的框架槽內(nèi)，由此組成一個完整的ZYX生物反應器M1。

ZYX生物反應器M1的工作流程如下：

參見圖3、4、5，根據(jù)控制系統(tǒng)中編制好的程序，通過主控制器轉(zhuǎn)換成指令信息，控制翻轉(zhuǎn)裝置按指令信息動作。在控制系統(tǒng)通電啟動后，在開始運行細胞培養(yǎng)程序前，需要通過控制系統(tǒng)上的主控制器1-12、初始檢測各個電器系統(tǒng)的運行是否正常。包含顯示屏幕1-2、警示燈1-3、讀碼器天線1-9、第一開關(guān)電源1-15、第二開關(guān)電源1-16、散熱風扇1-20、蠕動泵1-27、第一通信線端子1-30、第二通信線端子2-1、翻轉(zhuǎn)電機2-3、磁芯電機2-9、光電檢測接收器2-15、光電檢測發(fā)射器2-24等部件。如果其中的某一部件有問題，運行不正?；驔]有動作，則報警燈會出現(xiàn)閃爍，并由警示燈1-3上的蜂鳴器發(fā)出警報聲。其中顯示屏幕1-2、讀碼器天線1-9、第一開關(guān)電源1-15、第二開關(guān)電源1-16、翻轉(zhuǎn)電機2-3、磁芯電機2-9、第一通信線端子1-30、第二通信線端子2-1為一級報警故障(紅燈閃爍)，整個控制系統(tǒng)停止運轉(zhuǎn)，不能進行任何細胞培養(yǎng)程序的操作，需要排除故障后才能運行細胞培養(yǎng)程序。警示燈1-3、散熱風扇1-20、蠕動泵1-27、光電檢測接收器2-15、光電檢測發(fā)射器2-24為二級報警(黃燈閃爍)，則翻轉(zhuǎn)裝置停止運轉(zhuǎn)，細胞培養(yǎng)程序暫停，需要排除故障后才能繼續(xù)運行細胞培養(yǎng)程序。在控制系統(tǒng)的系統(tǒng)自檢完成并沒有故障報警后，通過顯示屏幕1-2調(diào)入并運行設定好的細胞培養(yǎng)程序。翻轉(zhuǎn)裝置上的翻轉(zhuǎn)支架2-11在控制系統(tǒng)通電啟動時是處于水平平衡狀態(tài)，如圖6A所示。主控制器控制翻轉(zhuǎn)電機以60r/min的轉(zhuǎn)速開始順時針轉(zhuǎn)動90°至起始位置，如圖6B所示。在此過程中，由于采用的載體磁珠3-3的比重比培養(yǎng)基密度小且含有導磁性，載體磁珠3-3開始在浮力的作用下上浮至容器框體3-1的頂端。并經(jīng)過5s的靜置時間后開始進入細胞培養(yǎng)程序的循環(huán)啟動狀態(tài)，如圖6C所示。在經(jīng)過5s的靜置時間后，上端部的磁芯電機以40r/min的轉(zhuǎn)速逆時針旋轉(zhuǎn)180°，將磁芯支架2-17上磁芯2-16旋轉(zhuǎn)面向堆積在容器框體3-1頂端的載體磁珠3-3，從而將其全部吸附在容器框體3-1的頂端，如圖6D所示。經(jīng)過2s靜置時間后，翻轉(zhuǎn)電機以30r/min的轉(zhuǎn)速開始逆時針旋轉(zhuǎn)180°如圖6E所示，將原吸附并堆積在容器框體3-1頂端的載體磁珠3-3旋轉(zhuǎn)到下端部，如圖6F所示。在旋轉(zhuǎn)停止3s后，主機箱前端部左邊的蠕動泵開始以5mL/min的速度從培養(yǎng)基存儲袋往容器框體3-1內(nèi)的底部灌注培養(yǎng)基。在灌注的同時，右邊的另一個蠕動泵也開始同步以5mL/min的速度從容器框體3-1的頂部抽出已經(jīng)被細胞消耗過培養(yǎng)基廢液。經(jīng)過1min的灌注新鮮培養(yǎng)基和排出培養(yǎng)基后，兩個蠕動泵同步停止工作。在每次灌注新鮮培養(yǎng)基后，主控制器都會根據(jù)細胞培養(yǎng)程序中的蠕動泵運行參數(shù)并結(jié)合程序運行初始通過讀碼器天線從培養(yǎng)基存儲袋上面射頻標簽(RFID)上讀取得到的容量數(shù)值計算出剩余培養(yǎng)基的容量數(shù)值，并再次通過讀碼器天線寫到培養(yǎng)基存儲袋上面的射頻標簽(RFID)上，存儲起來供下次讀寫。在經(jīng)過6個小時的細胞靜置培養(yǎng)時間后，下端部的磁芯電機以40r/min的轉(zhuǎn)速逆時針旋轉(zhuǎn)180°，將磁芯屏蔽板2-22旋轉(zhuǎn)面向載體磁珠3-3，從而使載體磁珠3-3在沒有磁力的影響下，根據(jù)自身的浮力開始緩慢的向上浮動，并在培養(yǎng)基液體的內(nèi)部產(chǎn)生輕柔的攪動，由此可以攪動培養(yǎng)基中培養(yǎng)的細胞，使細胞可以均勻的分布在培養(yǎng)基液體中，如圖6G所示。然后經(jīng)過10s的靜置時間，使得載體磁珠3-3全部上浮到容器框體3-1的頂端。再將上端部的磁芯電機以40r/min的轉(zhuǎn)速逆時針旋轉(zhuǎn)180°，將磁芯支架2-17上磁芯2-16旋轉(zhuǎn)面向堆積在容器框體3-1頂端的載體磁珠3-3，將其全部吸附在容器框體3-1的頂端，如圖6H所示。經(jīng)過2s靜置時間后，翻轉(zhuǎn)伺服電機以30r/min的轉(zhuǎn)速開始順時針旋轉(zhuǎn)180°如圖6I所示，將原吸附并堆積在容器框體3-1頂端的載體磁珠3-3旋轉(zhuǎn)到下端部，如圖6J所示。在旋轉(zhuǎn)停止并細胞靜置培養(yǎng)3s時間后，下端部的磁芯電機以40r/min的轉(zhuǎn)速逆時針旋轉(zhuǎn)180°，將磁芯屏蔽板2-22旋轉(zhuǎn)面向載體磁珠3-3，從而使載體磁珠3-3在沒有磁力的影響下，根據(jù)自身的浮力開始緩慢的向上浮動，并攪動培養(yǎng)基中培養(yǎng)的細胞，使細胞均勻分布在培養(yǎng)基液體中，如圖6K所示。由此處開始進入一個細胞培養(yǎng)的循環(huán)模式，重復從圖6C到圖6K的細胞培養(yǎng)過程，此過程為細胞培養(yǎng)的一個循環(huán)周期，以此實現(xiàn)細胞周期性的循環(huán)生長。在連續(xù)運行20次細胞培養(yǎng)循環(huán)周期后，翻轉(zhuǎn)電機以60r/min的轉(zhuǎn)速開始逆時針轉(zhuǎn)動90°至起始位置，如圖6L所示，整個細胞培養(yǎng)程序結(jié)束。

實施例二：

本發(fā)明的ZYX生物反應器S20主要由三個模塊部分組成，如圖8所示。包括控制系統(tǒng)Ⅰ、翻轉(zhuǎn)裝置Ⅱ和細胞培養(yǎng)容器Ⅲ等構(gòu)成。

如圖9所示，在控制系統(tǒng)中，包含：硅膠導管Ⅰ-1、主機箱前蓋Ⅰ-2、鉸鏈Ⅰ-3、前蓋透視板Ⅰ-4、顯示屏幕Ⅰ-5、主機開關(guān)Ⅰ-6、主機箱Ⅰ-7、主機安裝板Ⅰ-8、主機Ⅰ-9、主機固定板Ⅰ-10、主機箱后蓋Ⅰ-11、散熱風扇Ⅰ-12、機箱鎖扣Ⅰ-13、第一開關(guān)電源Ⅰ-14、第二開關(guān)電源Ⅰ-15、報警器Ⅰ-16、主控制器Ⅰ-17、接線座Ⅰ-18、電源安裝板Ⅰ-19、灌注驅(qū)動模塊Ⅰ-20、模塊安裝板Ⅰ-21、注射器Ⅰ-22、保護開關(guān)Ⅰ-23、主機箱電源開關(guān)Ⅰ-24、電源接口Ⅰ-25、第一通信線端子Ⅰ-26、減震墊Ⅰ-27、信號線Ⅰ-28。在整體裝配過程中，先將四個減震墊Ⅰ-27用螺釘鎖緊在主機箱Ⅰ-7底部；將四個鉸鏈Ⅰ-3用螺釘分別兩兩固定在主機箱Ⅰ-7前端面的右邊和后端面的左邊相應的安裝孔位置上；將前蓋透視板Ⅰ-4安裝固定在主機箱前蓋Ⅰ-2上；再將裝配好的主機箱前蓋Ⅰ-2通過鉸鏈Ⅰ-3與主機箱Ⅰ-7裝配鏈接起來；將顯示屏幕Ⅰ-5安裝在主機箱Ⅰ-7前端面上端的窗口內(nèi)固定；將主機開關(guān)Ⅰ-6固定在主機箱Ⅰ-7前端面上的孔內(nèi)；把主機安裝板Ⅰ-8用螺釘固定在主機箱Ⅰ-7內(nèi)部的上端；再將主機Ⅰ-9放置在主機安裝板Ⅰ-8上，并用主機固定板Ⅰ-10和螺釘固定鎖緊；將保護開關(guān)Ⅰ-23、主機箱電源開關(guān)Ⅰ-24和電源接口Ⅰ-25分別安裝固定在主機箱Ⅰ-7后端面的下部安裝孔內(nèi)；將第一通信線端子Ⅰ-26和報警器Ⅰ-16用螺釘分別固定在主機箱Ⅰ-7的側(cè)面的相應的孔內(nèi)；把四個注射器Ⅰ-22挨個卡在模塊安裝板Ⅰ-21上，再將灌注驅(qū)動模塊Ⅰ-20通過螺釘固定在模塊安裝板Ⅰ-21上，并與注射器Ⅰ-22調(diào)試好聯(lián)動性，再將裝配好的模塊安裝板Ⅰ-21用螺釘固定在主機箱Ⅰ-7內(nèi)；將第一開關(guān)電源Ⅰ-14、第二開關(guān)電源Ⅰ-15、主控制器Ⅰ-17和接線座Ⅰ-18分別安裝排布在電源安裝板Ⅰ-19的對應安裝孔上，再將裝配好的電源安裝板Ⅰ-19用螺釘固定在主機箱Ⅰ-7內(nèi)；將機箱鎖扣Ⅰ-13和散熱風扇Ⅰ-12分別固定安裝在主機箱后蓋Ⅰ-11上，再將裝配好的主機箱后蓋Ⅰ-11通過鉸鏈Ⅰ-3鏈接在主機箱Ⅰ-7后端；最后把硅膠導管Ⅰ-1分別套在注射器Ⅰ-22上；再將信號線Ⅰ-28卡接在第一通信線端子Ⅰ-26上。以此組裝成一個完整的控制系統(tǒng)。

如圖10所示，在翻轉(zhuǎn)裝置中，包含：電機罩Ⅱ-1、翻轉(zhuǎn)電機Ⅱ-2、電機支架板Ⅱ-3、電機軸套Ⅱ-4、翻轉(zhuǎn)支架板Ⅱ-5、基座Ⅱ-6、翻轉(zhuǎn)支架蓋板Ⅱ-7、光電檢測支架Ⅱ-8、光電檢測接收器Ⅱ-9、光電檢測支架蓋Ⅱ-10、電磁磁芯Ⅱ-11、硅膠墊片Ⅱ-12、磁芯罩Ⅱ-13、光電檢測發(fā)射器Ⅱ-14、第二通信線端子Ⅱ-15。在整體系統(tǒng)裝配過程中，將電機支架板Ⅱ-3用螺釘固定在基座Ⅱ-6上；把翻轉(zhuǎn)電機Ⅱ-2的軸穿過電機支架板Ⅱ-3上的軸孔，用螺釘固定鎖緊；將兩個電磁磁芯Ⅱ-11分別套進兩個磁芯罩Ⅱ-13內(nèi)，再分別套上硅膠墊片Ⅱ-12后用螺釘固定鎖緊在翻轉(zhuǎn)支架蓋板Ⅱ-7兩端；將光電檢測接收器Ⅱ-9和光電檢測發(fā)射器Ⅱ-14分別嵌裝進兩個光電檢測支架Ⅱ-8內(nèi)，再分別把兩個光電檢測支架蓋Ⅱ-10扣上固定；將兩個配裝好的電檢測支架Ⅱ-8用螺釘分別固定在翻轉(zhuǎn)支架蓋板Ⅱ-7前端面的上下，含有電檢測接收器Ⅱ-9的固定在上端，含有光電檢測發(fā)射器Ⅱ-14的固定在下端；再將翻轉(zhuǎn)支架板Ⅱ-5與組裝好的翻轉(zhuǎn)支架蓋板Ⅱ-7用螺釘固定鎖緊；將組裝好的翻轉(zhuǎn)支架板Ⅱ-5與電機軸套Ⅱ-4用螺釘鎖緊固定在翻轉(zhuǎn)電機Ⅱ-2的轉(zhuǎn)軸上面；把第二通信線端子Ⅱ-15用螺釘緊固在電機罩Ⅱ-1上的安裝孔內(nèi)，并把相應的電源線和數(shù)據(jù)線對應連接好，最后再將電機罩Ⅱ-1罩住翻轉(zhuǎn)電機Ⅱ-2用螺釘固定在電機支架板Ⅱ-3上，并在底部基座Ⅱ-6上用螺釘定位鎖緊。以此組裝成一個完整的翻轉(zhuǎn)裝置。

如圖11所示，細胞培養(yǎng)容器中，包含容器框體Ⅲ-1、密封端蓋Ⅲ-2、進珠口端蓋Ⅲ-3、載體磁珠Ⅲ-4。將一定數(shù)量的載體磁珠Ⅲ-4從容器框體Ⅲ-1上的進珠口放入到容器框體Ⅲ-1內(nèi)部的空間內(nèi)，再將進珠口端蓋Ⅲ-3旋緊在容器框體Ⅲ-1的進珠口上密封，再將密封端蓋Ⅲ-2旋緊密封在容器框體Ⅲ-1上，以此組裝成一個完整的細胞培養(yǎng)容器。

如圖7所示，由以上控制系統(tǒng)上引出的硅膠導管Ⅰ-1穿過主機箱前蓋Ⅰ-2前端的槽口，分別接入到容器框體Ⅲ-1上對應的接口上，保證從注射器Ⅰ-22接出的硅膠導管Ⅰ-1接到容器框體Ⅲ-1上的輸入端，并將另一根硅膠導管Ⅰ-1接到容器框體Ⅲ-1上的排出端，然后把信號線Ⅰ-28接入到電機罩Ⅱ-1上的第二通信線端子Ⅱ-15接口上，再將細胞培養(yǎng)容器Ⅲ塞進翻轉(zhuǎn)裝置Ⅱ上磁芯罩Ⅱ-13的上的卡槽內(nèi)，由此組成一個完整的ZYX生物反應器S20。

ZYX生物反應器S20的工作流程如下：

參見圖9、10、11，根據(jù)控制系統(tǒng)中編制好的程序，通過主控制器轉(zhuǎn)換成指令信息，控制翻轉(zhuǎn)裝置按指令信息動作。在控制系統(tǒng)通電啟動后，開始運行細胞培養(yǎng)程序前，需要通過控制系統(tǒng)上的主控制器Ⅰ-17初始檢測各個電器系統(tǒng)的運行是否正常。包含顯示屏幕Ⅰ-5、第一開關(guān)電源Ⅰ-14、第二開關(guān)電源Ⅰ-15、報警器Ⅰ-16、主控制器Ⅰ-17、第一通信線端子Ⅰ-26、翻轉(zhuǎn)電機Ⅱ-2、光電檢測接收器Ⅱ-9、電磁磁芯Ⅱ-11、光電檢測發(fā)射器Ⅱ-14、第二通信線端子Ⅱ-15等電氣元件。如果其中的某一部件有問題，運行不正?；驔]有動作，則會發(fā)出報警，并由報警器Ⅰ-16上的蜂鳴器發(fā)出警報聲。其中第一開關(guān)電源Ⅰ-14、第二開關(guān)電源Ⅰ-15、報警器Ⅰ-16、主控制器Ⅰ-17、灌注驅(qū)動模塊Ⅰ-20、第一通信線端子Ⅰ-26、翻轉(zhuǎn)電機Ⅱ-2、電磁磁芯Ⅱ-11、第二通信線端子Ⅱ-15為一級報警故障(警報聲持續(xù))，控制系統(tǒng)停止運轉(zhuǎn)，不能進行任何細胞培養(yǎng)程序的操作，需要排除故障后才能運行細胞培養(yǎng)程序。散熱風扇Ⅰ-12、光電檢測接收器Ⅱ-9、光電檢測發(fā)射器Ⅱ-14、為二級報警故障(警報聲間隔)，則翻轉(zhuǎn)裝置停止運轉(zhuǎn)，細胞培養(yǎng)程序暫停，需要排除故障后才能繼續(xù)運行細胞培養(yǎng)程序。在控制系統(tǒng)自檢完成并沒有故障報警后，通過顯示屏幕Ⅰ-5調(diào)入并運行設定好的細胞培養(yǎng)程序。翻轉(zhuǎn)裝置上的翻轉(zhuǎn)支架板Ⅱ-5在控制系統(tǒng)通電啟動時是處于水平平衡狀態(tài)，如圖12A所示。主控制器控制翻轉(zhuǎn)電機以40r/min的轉(zhuǎn)速開始順時針轉(zhuǎn)動90°至起始位置，如圖12B所示。在此過程中，由于采用的載體磁珠Ⅲ-4的比重比培養(yǎng)基密度大且?guī)в袑Т判?，載體磁珠Ⅲ-4開始在重力的作用下下沉至容器框體Ⅲ-1的底端。并經(jīng)過4s的靜置時間后開始進入細胞培養(yǎng)程序的循環(huán)啟動狀態(tài)，如圖12C所示。在旋轉(zhuǎn)停止4s后，主機箱內(nèi)部的灌注驅(qū)動模塊開始以1mL/min的速度從四個注射器中的第一個往容器框體Ⅲ-1內(nèi)的底部灌注培養(yǎng)基。在灌注的同時，四個注射器中的第三個也開始同步以1mL/min的速度從容器框體Ⅲ-1的頂部抽出已經(jīng)被細胞消耗過培養(yǎng)基廢液。經(jīng)過1min的灌注新鮮培養(yǎng)基和排出培養(yǎng)基后，灌注驅(qū)動模塊停止工作。在經(jīng)過2個小時的細胞靜置培養(yǎng)時間后，下端部的電磁磁芯Ⅱ-11由主控制器控制通電產(chǎn)生磁力，從而將載體磁珠Ⅲ-4全部吸附在容器框體Ⅲ-1的底端，如圖12D所示。翻轉(zhuǎn)電機以40r/min的轉(zhuǎn)速開始逆時針旋轉(zhuǎn)180°，如圖12E所示，將原吸附并堆積在容器框體Ⅲ-1底端的載體磁珠Ⅲ-4轉(zhuǎn)到上端部，如圖12F所示。上端部的電磁磁芯Ⅱ-11由主控制器控制斷電，磁力消失，從而使載體磁珠Ⅲ-4在沒有磁力的影響下，根據(jù)自身的重力開始緩慢的下沉，并在培養(yǎng)基液體的內(nèi)部產(chǎn)生輕柔的攪動，以此來攪動培養(yǎng)基中培養(yǎng)的細胞，使細胞均勻的分布在培養(yǎng)基液體中，如圖12G所示。然后經(jīng)過12s的靜置時間，使得載體磁珠Ⅲ-4全部下沉并靜止到容器框體Ⅲ-1的底端。再由下端部的電磁磁芯Ⅱ-11由主控制器控制通電產(chǎn)生磁力，將底部的載體磁珠Ⅲ-4全部吸附在容器框體Ⅲ-1的底端，如圖12H所示。翻轉(zhuǎn)電機開始以40r/min的轉(zhuǎn)速開始順時針旋轉(zhuǎn)180°，如圖12I所示，將原吸附并堆積在容器框體Ⅲ-1底端的載體磁珠Ⅲ-4旋轉(zhuǎn)到頂部，如圖12J所示。上端部的電磁磁芯Ⅱ-11由主控制器控制斷電磁力消失，從而使載體磁珠Ⅲ-4在沒有磁力的影響下，根據(jù)自身的重力開始緩慢的下沉，并攪動培養(yǎng)基中培養(yǎng)的細胞，使細胞均勻的分布在培養(yǎng)基中，如圖12K所示。并由此處開始進入一個細胞培養(yǎng)的循環(huán)模式，重復從圖12C到圖12K的細胞培養(yǎng)過程，此過程為細胞培養(yǎng)的一個循環(huán)周期，以此實現(xiàn)細胞周期性的循環(huán)生長。在連續(xù)運行20次細胞培養(yǎng)循環(huán)周期后，翻轉(zhuǎn)電機以40r/min的轉(zhuǎn)速開始逆時針轉(zhuǎn)動90°至起始位置，如圖12L所示，整個細胞培養(yǎng)程序結(jié)束。

在以上兩個實例所述中，整個細胞培養(yǎng)程序運行的過程中，所有的電器元部件都處于實時監(jiān)測狀態(tài)，如有問題，則會出現(xiàn)相應的故障報警。

以上所述的兩個細胞培養(yǎng)的實施例，是為了對本發(fā)明的進一步說明，不應理解為完全覆蓋本發(fā)明所包括的內(nèi)容。并且不用于限制所培養(yǎng)細胞的種類，以及在對于本實施例中所定義的所有電機的轉(zhuǎn)速、電機的轉(zhuǎn)動方向、電機的轉(zhuǎn)動角度、每個流程定義的時間以及培養(yǎng)基灌注的容量體積等參數(shù)設置的限制。

在實施例一中，磁芯采用的是強力永磁鐵，其磁力大小和方向都是固定的。只能由磁芯電機轉(zhuǎn)動磁芯和磁芯屏蔽板的來實現(xiàn)磁力的吸附和釋放。在實施例二中，電磁磁芯是采用硅鋼片和漆包銅線來創(chuàng)造可變磁場。通過變換電流、電壓以及電流的方向來調(diào)節(jié)磁場強度和磁力線方向。磁力的有無可以通過電流的通斷來控制；磁力的大小可以用電流的強弱或漆包銅線的匝數(shù)多少來控制；也可通過改變電阻控制電流大小來控制；電磁的磁極可以由改變電流的方向來控制。選擇線徑0.12mm的漆包線纏繞在直徑為50mm的圓形鐵芯電磁鐵上制成電磁磁芯，在48v電壓下工作，磁力為1.05kg，加0.1s時長的反向電壓，4x20cm在4-8V、1x3cm在2-4V下90％以上能自由落下。選擇線徑為0.21mm的漆包線纏繞在E型Z10硅鋼片上，使得大小均為長57mm寬47mm高37mm，將硅鋼片加在5.5v電壓下測的磁力為2.5kg；斷電時，電磁磁芯消磁，4x20cm硅鋼片能自由落下，加0.1s時長的反向電壓，1x3cm在2-4V下90％以上能自由落下。在正常的通電狀態(tài)下，電磁磁芯會發(fā)熱產(chǎn)生高溫，并會向培養(yǎng)容器傳導，在孵化箱37℃的環(huán)境中，電磁鐵發(fā)熱允許值37±1℃，在滿足溫度條件下，可以使用任何電磁磁芯。

在細胞培養(yǎng)過程中時，將翻轉(zhuǎn)裝置和細胞培養(yǎng)容器放入到CO₂培養(yǎng)箱中，培養(yǎng)箱中的溫度以及濕度會產(chǎn)生腐蝕作用，翻轉(zhuǎn)裝置外部為封閉的系統(tǒng)。翻轉(zhuǎn)裝置的核心為翻轉(zhuǎn)電機，翻轉(zhuǎn)電機通過電機軸套連接翻轉(zhuǎn)臂，從而控制整個翻轉(zhuǎn)臂，翻轉(zhuǎn)臂上面裝有細胞培養(yǎng)容器，在翻轉(zhuǎn)臂的兩端裝有磁芯。翻轉(zhuǎn)臂通過控制翻轉(zhuǎn)電機的旋轉(zhuǎn)角度來避免因翻轉(zhuǎn)臂的過度旋轉(zhuǎn)導致機器中的線路纏繞在中間。

實施例一、二中的載體磁珠采用聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯等材料作為殼材料，里面包裹可磁化的四氧化三鐵或硅鋼片，載體磁珠的直徑大于1毫米，小于培養(yǎng)容器中最短的邊。培養(yǎng)懸浮細胞時，需要對載體磁珠進行滅菌處理；培養(yǎng)貼壁細胞時，對載體磁珠進行貼壁處理后再滅菌，這里的貼壁處理包括TC處理、蛋白包被、多聚糖包被、等離子處理等。

實施例一、二中的培養(yǎng)容器：培養(yǎng)容器采用聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯等材料制成方形框子，在上下兩側(cè)用可透氣的特氟龍膜覆蓋制成密閉空間的容器。為便于細胞培養(yǎng)時的養(yǎng)分物質(zhì)交換、更替，培養(yǎng)容器的上下兩側(cè)各設有兩個與外部連接的端口，如圖13所示。一側(cè)設有一個可供載體出入的端口(如圖13上的D、H接口)，大小略比載體磁珠的直徑大，另相對設有三個供培養(yǎng)液交換的出入口(如圖13上的A、B、C、E、F、G接口)，分布在框子四周，其中設置一個出口一個進口，出口供消耗過的廢棄培養(yǎng)液的輸出，進口供輸入新鮮的培養(yǎng)液，兩個口可以同時工作，也可以根據(jù)需要單獨供培養(yǎng)液出入。培養(yǎng)容器的接口設計為可與供魯爾接頭連接的形狀(如圖13上的A)或與硅膠導管連接的錐形(如圖13上的E)。培養(yǎng)容器中特氟龍膜和框子結(jié)合成的整體容器，采用的是卡槽的方式進行契合，再在外層進行固定，可以加膠水使其更密封。聚苯乙烯框子內(nèi)部光滑，在每個轉(zhuǎn)角的地方都設有弧度的轉(zhuǎn)角。

實施例一、二的工作狀態(tài)：細胞培養(yǎng)容器中加入載體磁珠，載體磁珠既可作為貼壁細胞培養(yǎng)的載體，同時也作為攪拌工具。

培養(yǎng)貼壁細胞：貼壁細胞是粘附在載體磁珠或培養(yǎng)容器的表面。細胞培養(yǎng)容器保持緩慢翻動24小時，讓細胞粘附到載體磁珠表面上。在第二天，將包含未完成貼壁的細胞的培養(yǎng)基排入廢料容器或注射器，然后再加入新鮮培養(yǎng)基。細胞吸附在載體磁珠表面，隨著載體磁珠在培養(yǎng)容器內(nèi)的上下運動而達到攪拌的目的。通過設定翻轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)動速率、方向以及磁場磁力的大小，在細胞培養(yǎng)時，使培養(yǎng)容器底端的磁場打開，將含有細胞的載體磁珠控制在培養(yǎng)容器的上端或下端，使細胞穩(wěn)定不動，培養(yǎng)一段時間后去除磁場，使得載體磁珠受浮力或重力作用而產(chǎn)生上升或下沉至培養(yǎng)容器的兩端，再打開兩端磁場，使載體磁珠穩(wěn)定在培養(yǎng)容器的兩端，然后轉(zhuǎn)動培養(yǎng)容器，使細胞及載體磁珠旋轉(zhuǎn)到培養(yǎng)容器的另一端，繼續(xù)循環(huán)培養(yǎng)，直到培養(yǎng)結(jié)束。

培養(yǎng)懸浮細胞：懸浮細胞是懸浮在培養(yǎng)液中。培養(yǎng)時，將細胞放入含有載體磁珠的培養(yǎng)容器。把培養(yǎng)容器裝到生物反應器的翻轉(zhuǎn)臂上，啟動培養(yǎng)程序，生物反應器先自動分選細胞，然后注入培養(yǎng)基，開始培養(yǎng)。培養(yǎng)前和培養(yǎng)期間，電腦主機根據(jù)光電檢測器分析細胞密度取得的數(shù)據(jù)記錄和報告細胞的生長指數(shù)，提供補充培養(yǎng)基、變更培養(yǎng)基或停止培養(yǎng)的建議。培養(yǎng)細胞過程中，根據(jù)程序和細胞密度增加的結(jié)果，載體磁珠根據(jù)程序和微環(huán)境的狀態(tài)，通過磁場的變化來實現(xiàn)懸浮或吸附，以達到攪拌的目的。細胞培養(yǎng)完成后，可以收獲全部細胞，或者是將細胞導入另一個容器繼續(xù)培養(yǎng)，實現(xiàn)分級放大或擴增的功能。

實施例一、二中的儀器分布情況：整個生物反應器由控制系統(tǒng)、翻轉(zhuǎn)裝置和細胞培養(yǎng)容器組成?？刂葡到y(tǒng)主要通過通訊線與翻轉(zhuǎn)裝置連接通訊并控制，通過硅膠導管與細胞培養(yǎng)容器連接導入新鮮培養(yǎng)基或?qū)С雠囵B(yǎng)基廢液。在細胞培養(yǎng)過程中，細胞培養(yǎng)容器是安裝固定在翻轉(zhuǎn)裝置上，通過翻轉(zhuǎn)裝置上的翻轉(zhuǎn)臂帶動細胞培養(yǎng)系統(tǒng)一同轉(zhuǎn)動。同時，在細胞培養(yǎng)過程中可以把翻轉(zhuǎn)裝置和細胞培養(yǎng)容器一同放置在CO₂培養(yǎng)箱中工作，CO₂培養(yǎng)箱為細胞生長提供適宜的CO₂濃度、溫度和濕度，如圖14所示。圖14所示中的α為CO₂培養(yǎng)箱，β和γ分別為實施例一和實施例二中的翻轉(zhuǎn)裝置。

通過以上實例，CO₂培養(yǎng)箱可以和生物反應器整合成一體式的設備儀器來實現(xiàn)細胞培養(yǎng)，在生物反應器內(nèi)部設計一個密閉的空腔，其包括或含有所有CO₂培養(yǎng)箱的功能，可以實現(xiàn)一個或多個翻轉(zhuǎn)裝置在生物反應器內(nèi)同時進行培養(yǎng)，并同時可以通過電腦主機調(diào)節(jié)生物反應器箱體內(nèi)部的CO₂濃度、O₂濃度、溫度以及濕度等培養(yǎng)條件。整合CO₂培養(yǎng)箱功能的生物反應器，可以有效避免翻轉(zhuǎn)裝置接線和導管穿過CO₂培養(yǎng)箱時，破壞CO₂培養(yǎng)箱密閉性時帶來的問題。