生物反应器制造技术

描述了用于培养细胞的生物反应器。适合作为细胞生长支架的筛网可包含交叉纤维。筛网可以松散地容纳在筛网支架中，筛网支架又可以包含在歧管组件内。下歧管、筛网支架和上歧管可具有相同或相似的内部开口剖面。液体培养基的流动可以经过筛网阵列向上发生，然后在气穴存在下流过堰，进入壕沟和泵。筛网支架可以具有缝，其面向外部的联结部是圆形的，并且可以具有凹槽，其面向内部的边缘是圆形的。这些部件可位于适于维持所需环境条件和清洁度的培养箱内。

Bioreactor

A bioreactor for cell culture is described. Screens suitable for use as cell growth scaffolds may include cross-fibers. The screen can be loosely accommodated in the screen bracket, and the screen bracket can be included in the manifold assembly. The lower manifold, screen support and upper manifold may have the same or similar internal opening profile. The flow of liquid culture medium can occur upward through the screen array, and then flow through the weir and into trenches and pumps in the presence of caverns. The screen bracket can have seams, its external-facing connection is circular, and it can have grooves, and its internal-facing edge is circular. These components can be located in incubators suitable for maintaining the required environmental conditions and cleanliness.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】生物反应器本专利申请要求2016年8月27日提交的美国序列号62/380,414的临时专利申请的权益，该申请通过引用整体并入本文。
本专利技术的实施例涉及生物反应器。
技术介绍
生物反应器用于扩增细胞群，例如干细胞或其他贴壁依赖性细胞。然而，仍然需要改进，例如关于易用性、自动化和程序的再现性。还需要培养以产生大量细胞(例如如果可能的话，数十亿细胞)。
技术实现思路
在本专利技术的一个实施例中，可提供一种生物反应器，包括：用于容纳液体培养基的储存容器；管道，从管道容器的下端到管道的上端，从储存容器向上提供大致垂直方向的流动路径；位于管道内的培养结构，管道顶部位于比培养结构顶部高的位置；以及一种循环系统，用于使液体培养基向上流过管道通过或经过培养结构，其中管道的上端包括一个在其外侧被壕沟环绕的溢流壁，该壕沟的高度低于溢流壁的顶部，管道的上端和壕沟与口袋区域接触，口袋区域由连接到管道的结构界定，口袋区域与口袋区域外部流体连通隔离。其中当循环系统运行时，液体培养基在口袋区域内的溢流壁上流动，并且液体培养基与容纳在口袋区域中的气体接触，并且液体培养基溢出到壕沟中并且由循环系统从壕沟中移除。在本专利技术的一个实施例中，可提供一种生物反应器，包括：用于容纳液体培养基的储存容器；歧管组件，歧管组件包括上歧管和下歧管，下歧管具有延伸到储存容器中的下端；筛网支架，筛网支架保持多个适合作为用于细胞支架的筛网；以及循环系统，用于使液体培养基流过歧管组件并经过筛网支架，其中歧管组件和筛网支架提供通过下歧管和筛网支架以及上歧管的流动路径，其中筛网支架包含在歧管组件内，并且其中筛网包含在筛网支架内但具有至少一些能够在至少一个方向上相对于筛网支架移动的能力。在本专利技术的一个实施例中，可提供一种生物反应器，包括：用于容纳液体培养基的储存容器；歧管组件，歧管组件包括上歧管和下歧管，下歧管具有延伸到储存容器中的下端；筛网支架，筛网支架保持多个适合作为用于细胞支架的筛网；筛网支架可以包含在歧管组件内；用于使液体培养基流过歧管组件并经过筛网支架的循环系统，其中歧管组件和筛网支架提供经过下歧管和筛网支架以及上歧管的流动路径，其中筛网支架具有在其内表面上的凹槽，并且具有穿过其外表面的缝，并且其中凹槽和缝配置成使得筛网能够经过缝插入，并且由凹槽和缝中的至少一个支撑。在本专利技术的一个实施例中，可以提供一种筛网，其中至少一些筛网包括多个纤维，并且在单独的一个筛网内，纤维按顺序排列在至少第一、第二、第三和第四层中，每层内的纤维通常彼此平行，其中第一层中的纤维通常与第三层中的纤维平行，第二层中的纤维通常与第四层中的纤维平行，当垂直于筛网的平面观察时，第三层的纤维与第一层的纤维不对齐，第四层的纤维与第二层的纤维不对齐。在本专利技术的一个实施例中，可以提供具有转子的生物反应器，所述转子在细胞生长方案期间可以采取多于一个的角度取向。转子可以保持细胞生长的筛网。根据转子和筛网的方向，可以使液体培养基流过筛网或大致平行于筛网流动。在本专利技术的一个实施例中，可以提供具有储存容器的生物反应器，所述储存容器的底部具有有助于尽可能多地使用液体培养基的特征。这些特征可以包括在管道从储存容器向上抽吸流体的位置附近的贮槽，以及可以将液体培养基推向管道的旋转杆。附图说明进一步描述了本专利技术的实施例，但决不受以下说明的限制。图1A示出了本专利技术实施例的生物反应器的一些主要组件的总体布局。图1B以剖面示出了图1A的部件。图2A以剖面示出了组件，其包括下歧管和上歧管。图2B示出了与图2A相同的组件，其中上歧管突出显示。图2C示出了与图2A相同的组件，其中下歧管突出显示。图3A示出了没有筛网的筛网支架的三维视图。图3B是示出了图3A的筛网支架的分解的三维视图。图3C是示出其中具有筛网的筛网支架的三维视图。为了清楚说明，筛网支架的一部分与另一部分的颜色不同。图3D是示出图3C的筛网支架的三维视图，其中筛网支架的一部分缺失以便更好地显示筛网。图3E是示出图3D的筛网支架的三维视图，其中一些筛网缺失。图4A是筛网支架的封闭件的视图，示出了筛网支架中的缝的圆形入口。图4B是从不同视角看的筛网支架的封闭件的另一视图。图4C是封闭件的局部区域的视图。图5A示出了根据本专利技术的实施例制造的筛网。图5B示出了类似筛网的近视图。图5C示出了筛网的间隔参数，例如图5A和5B中的筛网。图5D更具体地示出了纤维在筛网内的放置以及它们的交错。图6A示出了可能的泄漏流动路径。图6B示出了在系统的典型操作期间存在液体培养基的位置。图7A示出了作为筛网支架的一部分的三面件，以便示出定位缝。图7B是示出图7A的三面件以及推动器附件的剖视图。图7C示出了推动器附件。图7D示出了用于使筛网支架与上歧管接合的凹部和凸台。图8示出了密封件的细节。图9示出了本专利技术实施例的两个生物反应器在培养箱内的放置。图10A示出了包括进出培养箱以及进出储存容器和歧管组件的各种气体和液体的流动路径。图10B示出了连接到储存容器的喷头。图11显示了本专利技术另一个实施例的生物反应器的总体布局。图12显示了生物反应器内的总体流体流动路径。图13示出了包括若干凹部的储存容器基底。图14示出了立管和附近的部件。图15示出了转子室和转子的分解图。图16A-16C示出了转子的各种视图。图17显示了与生物反应器中液体表面水平有关的细节。图18显示了立管内的填料结构。图19A示出了在第一液体流速下整个系统的计算流体动力学建模的结果。图19B示出了在第二液体流速下整个系统的计算流体动力学建模的结果。图19C示出了在第三液体流速下整个系统的计算流体动力学建模的结果。图20示出了在各个筛网附近的计算流体动力学建模的结果。具体实施方式在细胞培养中的一个重要现象是在细胞和组织的生长和维持期间，营养物和废物的扩散距离限制。生物体内的组织自身组织在一起，使得细胞永远不会与血管或运输路径分开超过一定距离。细胞远离诸如血管的运输容器的最大距离约为几百微米。在生物反应器的设计中，一个重要的考虑因素是提供一种几何形状，其中细胞永远不会与液体培养基分开大于几百微米的距离。与被液体包围的分离细胞相关的另一现象是细胞通过液体的运动。液体培养基的物理性质(密度、粘度)通常类似于水的物理性质。在液体培养基中松散的细胞比围绕它们的液体培养基的密度稍微密集，这导致细胞在重力的影响下下落或下沉。如果一个细胞认为是一个在粘性液体中移动的球体，那么用斯托克斯定律描述这种情况。在这种情况下，沉降速率由下式给出V＝(ρcell-ρfluid)*g*D^2/(18*μ)其中D是球体的直径，(ρcell-ρfluid)是球体和流体之间密度的差异，g是重力加速率，μ是流体的粘度。该等式适用于层流条件。细胞培养中的另一个考虑因素是在培养箱中提供气态气氛。这导致溶解的气体进入细胞培养基，含有足够的分别为约20％和5％的所需浓度氧气和二氧化碳，并具有所需的相对湿度(例如约95％)。另一个考虑因素是提供所需的温度，例如近似正常的人体温度，例如37.0℃。细胞培养中的另一个考虑因素是由于液体可能流过附着于或正在附着于基底或细胞培养支架的细胞而产生的剪切应力。希望这种剪切应力不超过一定值，不使得细胞从培养基或支架中脱开。当细胞仍处于形成与基底或支架本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物反应器，包括：用于容纳液体培养基的储存容器；管道，其从所述管道的下端到所述管道的上端，在所述储存容器的上端大致垂直方向上提供流动路径；位于所述管道内的培养结构，所述管道的顶部高于所述培养结构的顶部；和循环系统，用于使所述液体培养基向上流过所述管道，或者经过所述培养结构，其中所述管道的所述上端包括在其外侧由壕沟围绕的溢流壁，所述壕沟的底部位于比所述溢流壁的所述顶部低的高度，所述管道的所述上端与所述壕沟接触口袋区域，所述口袋区域由连接到所述管道的结构界定，所述口袋区域与所述口袋区域的外部流体连通隔离，其中当所述循环系统运行时，所述液体培养基在所述口袋区域内的所述溢流壁上流动，并且所述液体培养基与包含在所述口袋区域中的气体接触，并且所述液体培养基溢出到所述壕沟中，并从所述壕沟中由所述循环系统移除。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.27 US 62/380,4141.一种生物反应器，包括：用于容纳液体培养基的储存容器；管道，其从所述管道的下端到所述管道的上端，在所述储存容器的上端大致垂直方向上提供流动路径；位于所述管道内的培养结构，所述管道的顶部高于所述培养结构的顶部；和循环系统，用于使所述液体培养基向上流过所述管道，或者经过所述培养结构，其中所述管道的所述上端包括在其外侧由壕沟围绕的溢流壁，所述壕沟的底部位于比所述溢流壁的所述顶部低的高度，所述管道的所述上端与所述壕沟接触口袋区域，所述口袋区域由连接到所述管道的结构界定，所述口袋区域与所述口袋区域的外部流体连通隔离，其中当所述循环系统运行时，所述液体培养基在所述口袋区域内的所述溢流壁上流动，并且所述液体培养基与包含在所述口袋区域中的气体接触，并且所述液体培养基溢出到所述壕沟中，并从所述壕沟中由所述循环系统移除。2.根据权利要求1所述的生物反应器，还包括与所述壕沟流体连通的贮槽，所述贮槽处于比所述壕沟的所述底部低的高度，所述循环系统与所述贮槽流体连通，以便从所述贮槽抽出液体培养基。3.根据权利要求1所述的生物反应器，其中从所述管道的所述下端到所述培养结构的下边界存在下部流动长度，并且从所述培养结构的所述上边界到所述管道的所述上端存在上部流动长度，其中所述上部流动长度短于所述下部流动长度。4.根据权利要求1所述的生物反应器，其中所述管道具有两对平行壁，所述储存容器具有两对平行壁，所述管道的一对平行壁平行于所述储存容器的一对平行壁，并且所述管道位于所述储存容器的所述成对平行壁中一对的中间。5.根据权利要求1所述的生物反应器，还包括包围所述储存容器和所述管道的培养箱，并且还包括泵，所述泵从所述储存容器的气体空间区域移除气体，并将所述气体排出到所述培养箱外。6.一种生物反应器，包括：用于容纳液体培养基的储存容器；歧管组件，所述歧管组件包括上歧管和下歧管，所述下歧管具有延伸到所述储存容器中的下端；筛网支架，所述筛网支架保持多个适合作为细胞支架的筛网；和循环系统，用于使所述液体培养基流过所述歧管组件，并经过所述筛网支架，其中所述歧管组件和所述筛网支架提供经过所述下歧管和所述筛网支架和所述上歧管的流动路径，其中所述筛网支架包含在所述歧管组件内，并且其中所述筛网包含在所述筛网支架内，但具有至少一些能够在至少一个方向上相对于所述筛网支架移动的能力。7.根据权利要求6所述的生物反应器，其中，当所述筛网支架在所述歧管组件内就位时，所述筛网支架相对于所述下歧管具有至少一个运动自由度。8.根据权利要求6所述的生物反应器，其中所述上歧管和所述下歧管以及所述筛网支架具有各自的内部剖面流动区域，所述内部剖面流动面积彼此基本相同或彼此在10％差异之内。9.根据权利要求6所述的生物反应器，其中包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宗森，W·刘，F·佩文迪，岳朋，
申请(专利权)人：三维生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US