細胞培養生物生產裝置的制造方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及細胞培養生物生產裝置。
【背景技術】
[0002] 動物細胞培養，是細胞源人用疫苗和細胞源動物用疫苗、抗體藥物以及部分重組 蛋白藥物的基礎。單位體積培養增殖的細胞數量，是上述產物產量基礎。盡力提高動物細 胞培養密度，為進一步的產品增產提供更有利條件，始終是上述產物產業化、工程化關注的 焦點。
[0003] 動物細胞培養，更多的是貼壁依賴細胞的培養，即細胞必須附著在一個適宜的表 面上生長、代謝和增殖。
[0004] 為給細胞提供生長的附著面，最初是將細胞和培養液置于方瓶中，方瓶平放，一個 較大的側面在下，細胞就在這個側面上生長。瓶子本身就小，利用量就很有限；瓶子6個面 只有一個面被利用，顯然利用率很低。
[0005] 后來，將細胞和培養液置于圓柱形瓶子（轉瓶）中，轉瓶橫放，下部部分瓶壁浸于 培養液中。轉瓶緩慢旋轉，貼附于瓶內壁的細胞周期性浸潤到培養液中，離開培養液后，在 轉瓶上部仍由培養液液膜提供營養。所以轉瓶的瓶身內壁都成為細胞生長面。單位容積所 提供的細胞生長面比用方瓶增加了 一個數量級。
[0006] 轉瓶培養的缺點是占地面積大、勞動強度高。
[0007] 1980年代發展出細胞培養生物反應器，即細胞培養罐。生物反應器內裝培養液中， 加入若干微載體，微載體表面即是細胞生長面。微載體以美國GE的Cytodex系列及美國 NBS的DISK為兩種典型微載體代表。Cytodex系列葡聚糖球形微載體，DISK為小塑料片支 撐的紙質微載體。Cytodex系列提供的比表面積更大，可以達到6000 (cm)2/g。1克Cytodex I微載體約相當于2個10L的轉瓶提供的生長面。球形微載體更容易實現放大生產。除了 Cytodex外，球形微載體還有明膠微載體、瓊脂糖微載體、殼聚糖微載體等，主要是選用生物 相容性更好的原材料來制造微載體。
[0008] 動物細胞，基本上都是好氧生長代謝，而且只能利用溶解于培養液的溶解氧。氧在 培養液中的飽和溶解度很低，37°C，常壓下只有約3~5mg/L培養液。所以溶解氧是細胞生 長代謝的限制因素，供氧能力是細胞培養生物反應器的限制因素。
[0009] 現有技術中，采用的反應裝置如圖1所示的通氣攪拌式細胞培養生物反應器、圖2 所示的湍動床式細胞培養生物反應器、圖3所示的氣升式細胞培養生物反應器。現有細胞 培養生物反應器用于細胞培養時，可達到的最大細胞密度尚低。

【發明內容】

[0010] 本發明所要解決的技術問題之一是采用現有技術中的細胞培養生物反應裝置進 行細胞培養時，生物反應器中可達到的最大細胞密度低的問題。提供一種新的細胞培養生 物生產裝置，其具有生物反應器中可達到的最大細胞密度高的優點。
[0011] 本發明所要解決的技術問題之二是上述技術問題之一所述的細胞培養生物生產 裝置在需氧生物細胞培養中的應用。
[0012] 為解決上述技術問題之一，本發明的技術方案如下：細胞培養生物生產裝置，包括 細胞培養生物反應器、培養液增氧塔13 ;
[0013] 所述反應器具有反應器進料口 1、反應器取樣口 2、反應器接種口 4 ;反應器排氣口 6〇
[0014] 所述增氧塔13內部具有如下布置：上部空間設置液體分布器14、下部設置有與增 氧氣體入口相連通的增氧塔氣體分布器16,液體分布器14和增氧塔氣體分布器16之間設 置填料層15 ;所述增氧塔頂部具有增氧塔尾氣排放口 12 ;
[0015] 所述生產裝置具有從所述反應器內取出液體物料并輸送至所述增氧塔頂部與液 體分布器14相通的增氧塔進料通道I ;
[0016] 所述生產裝置具有從所述增氧塔底部取出液體物料并輸回所述反應器的液體物 料回輸通道II。
[0017] 所述增氧氣是指可以提供需氧細胞培養所需氧氣的任何氣體，例如純氧、空氣、氮 氣氧氣混合物、氧氣二氧化碳混合物，氧氣氮氣二氧化碳混合物等等。優先使用空氣與二氧 化碳混合氣體。
[0018] 通道I和通道II采用的輸送動力的來源和種類沒有特別要求，在本發明說明書記 載的基礎上本領域技術人員能夠合理選擇。例如通道I和通道II之一可以采用反應器和 增氧塔的位置高低使得其中一個通道通過液位差提供輸送動力，而另一個通道的輸送動力 需要借助于輸送泵或壓力罐或真空泵。例如通過調高增氧塔的高度或者調低反應器的高度 的方法可以實現通道II的輸送動力來自液位差，而通道I借助輸送泵；或者通過調低增氧 塔的高度或者調高反應器的高度的方法可以實現通道I的輸送動力來自液位差，而通道II 借助輸送泵。還可以通道I和通道II均采用輸送泵等提供輸送動力。本發明裝置的放料 口沒有特別限制，可以設置在反應器（例如反應器的放料口 5)，也可以設置在通道I，當通 道I設置輸送泵時可將放料口設置在鄰近輸送泵的出口端（例如圖4~9所示裝置的放料 口 11)。
[0019] 作為本發明的優選方案之一，所述通道I設置輸送泵10。
[0020] 上述技術方案中，優選所述通道I在所述反應器和輸送泵10之間設置細胞分離器 17,所述細胞分離器為固液分離器，所述固液分離器的進料口與通道I的近反應器方向相 接；所述固液分離器具有輕物料輸出口和重物料輸出口，所述輕物料輸出口與輸送泵10的 進料口連接，所述重物料輸出口輸回所述反應器。
[0021] 所述的固液分離器沒有特別限制，例如可以采用旋液分離器，也可以采用沉降器 等。所述的沉降器可以用斜管沉降器，此時固液分離器的進料口和重物料輸出口合并為共 用口并與通道I的近反應器方向相接。斜管沉降器可以是具有或者不具有擴張管的斜管沉 降器，但為達到更好的分離目的優先采用有擴張管的斜管沉降器。所述輕物料也即是貧含 細胞的物料，所述重物料也即是富含細胞的物料。
[0022] 上述技術方案中，優選所述通道I在輸送泵10和增氧塔13之間設置細胞碎片分 離器18。本發明裝置在細胞培養過程中，借此細胞碎片分離器18將培養過程中產生的細胞 碎片從液態物料中除去，凈化生物反應器的培養環境。
[0023] 上述技術方案中，所述反應器自身可以不帶混合機構。
[0024] 上述技術方案中，所述的反應器自身可以帶有混合機構3, 7~9。所述混合機構包 括但不限于攪拌槳混合機構、氣升式混合機構，湍動式混合機構。例如所述的反應器為攪拌 式反應器；再例如所述的反應器為具有從反應器的底部進行通氣的細胞培養攪拌式生物反 應器；再例如所述的反應器為湍動床式細胞培養生物反應器或氣升式細胞培養生物反應器 等等。
[0025] 上述技術方案中，對增氧塔內的填料層15中填料的材質和形狀沒有特別限制，均 可以采用現有技術中已有的那些。例如可選填料的材質可以為但不限于316L不銹鋼、高硼 玻璃、聚四氟乙烯；填料的形狀可以是但不限于波紋板、絲網、鞍狀、拉西環、泡罩板、篩板、 纖維堆積體等。
[0026] 本領域技術人員知道，在通道I和/或通道II使用輸送泵的場合，為了降低在細 胞培養過程中流量的波動，從而有利于培養過程更平穩地運行，還可以在相應的通道中設 置中間槽，使中間槽與輸送泵的入口相連通；本領域技術人員還知道，為了提高增氧塔的生 產負荷，還可以為增氧塔自身建立循環回路。為了監測裝置運行過程中裝置內的液體的pH 值考慮，可在裝置內任何可接觸培養液的地方設置pH檢測裝置，從而為精細控制培養過程 中的pH環境；為了更方便監測細胞培養過程中反應器內的培養液的溶解氧濃度，還可以在 反應器上設置溶解氧電極，從而有利于調節溶解氧濃度；為了更方便監測細胞培養過程中 反應器內的培養液的溫度，還可以在反應器上設置溫度電極，從而有利于調節反應器內培 養液的溫度；為監測裝置運行過程中裝置內由于液體與氣體混合造成的泡沫情況，還可以 在在生物反應器設置消泡電極，從而有利于通過適時加入適量的消泡劑將裝置內的泡沫控 制在較小的范圍內；為了更方便監測細胞培養過程中反應器內的壓力，還可以在反應器上 設置壓力表；為了將反應器中所有物料排空，可以采用多種方法實現，但為了更加方便地 進行排空操作，可以設置專門用于排空物料的物料排空口，從而能夠將反應器最底部的物 料排空，而反應器上的物料排空口的位置也沒有特別要求，例如可以設置在反應器頂部而 通過管道直達反應器內的最底部物料，當然還可以把物料排空口設置在反應器的最底部位 置；等等。本領域技術人員知道，為了達到本發明的目的，并非上述部件都是必須的，例如當 本發明裝置不包括pH檢測裝置或溶解氧電極時，也可以通過反應器物料的取樣，然后在裝 置外測試所取樣品的pH或溶解氧濃度，從而再反過來根據測定值調整反應內的pH或溶解 氧濃度，等等。
[0027] 本發明實施例和比較例中，使用了 pH檢測裝置和溶解氧電極等，但未在相應的說 明書附圖中標出。
[0028] 本發明中【具體實施方式】和實施例中所涉及的溶解氧濃度，以相對飽和溶解度來表 示，剛經過121°C滅菌后降溫到所需培養溫度（36. 8°C ±0. 2°C )的培養液，溶解氧電極測到 的溶解氧濃度信號作為〇%，然后通增氧氣體至溶解氧達飽和，溶解氧的濃度不再增加，此 時溶解氧電極電信號走平，此時溶解氧濃度作為100%。溶解氧濃度可以控制在10%以上， 例如10~100%，更常用的是控制在40%以上，例如40~100%。本發明實施例中反應器 內的溶解氧濃度均控制在