一种干细胞规模化培养生物反应器系统

摘要

本发明提出了一种干细胞规模化培养生物反应器系统，涉及细胞培养技术领域。本发明包括：生物反应罐罐体，生物反应罐罐体上设有用于向其内部供培养液的第一添加组件，生物反应罐罐体上设有用于向其内部供碱液或酸液的第二添加组件，上述生物反应罐罐体的底侧设有喷射槽，上述喷射槽的开口设有喷射泵，上述生物反应罐罐体的底侧设有与上述喷射槽内腔连通的导流孔，上述生物反应罐罐体的底侧设有与其内腔连通的出料管；搅拌设备，上述搅拌设备包括设置在上述生物反应罐罐体内的搅拌杆，上述搅拌杆环侧设有搅拌轴，上述搅拌轴一端连接有带动其转动的驱动电机，上述搅拌轴活动套设有搅拌叶轮。本发明解决了生物反应罐罐体内培养液搅拌不均匀的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及细胞培养技术领域，具体而言，涉及一种干细胞规模化培养生物反应器系统。

背景技术

干细胞的体外培养和扩增是干细胞生物工程的重点和难点之一，而要实现干细胞在体外的生长、扩增和定向分化诱导，则必需为其提供理想的培养环境，其中能满足干细胞培养要求的生物反应器系统是实现这一目的的基础。干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞，从某种意义上说，生命体是通过干细胞的分裂来实现体内细胞的更新和持续生长的，新的分化细胞的不断产生以及由分化细胞组成而本身不能再分裂的细胞或组织，都要通过由干细胞所产生的具有分化能力的细胞来维持机体细胞的数量，因此干细胞在生命体中起着决定性的作用。

研究发现，人类胚胎干细胞可在体外培养，成体干细胞也可在体外横向分化为其它类型的细胞和组织，这就为干细胞的应用提供了基础。随着基因工程、胚胎工程、细胞工程等各种生物技术的快速发展，在体外分离、培养干细胞已成为可能，而且可以利用干细胞进一步构建各种细胞、组织、器官等，以此作为移植组织和器官地来源，这是干细胞应用的主要方向，目前利用干细胞生成或修复造血、皮肤、神经、软骨等组织的技术都取得了一定的成功。

干细胞体外培养的难点在于干细胞本身数量较少，适应环境能力差，其生长发育的调控机制也较复杂，因此，需要先进的培养装置，以使其分离得到的干细胞能快速适应培养环境，而且要求在此装置中可方便地进行模拟体内微环境的各项操作，满足干细胞生长发育的需要。

生物反应器是干细胞体外培养的重要设备，生物反应器，是指利用自然存在的微生物或具有特殊降解能力的微生物接种至液相或固相的反应系统。目前研究得最多的两种反应器是"升降机型反应器"和"土壤泥浆反应器"。升降机型反应器是通过水相的流动来提供适当的营养、碳源和氧气，从而达到降解土壤中污染物质的目的。与固相系统相比，生物反应器能够在更短的时间内将污染物进行有效降解。生物反应器主要包括生物反应罐罐体和搅拌设备，搅拌设备使生物反应罐罐体内的培养液均匀混合，目前所使用的搅拌设备存在搅拌不均匀的问题。

综上所述，我们设计了一种干细胞规模化培养生物反应器系统解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种干细胞规模化培养生物反应器系统，解决了生物反应罐罐体内培养液搅拌不均匀的问题。

本发明的实施例是这样实现的：

本申请实施例提供一种干细胞规模化培养生物反应器系统，包括：

生物反应罐罐体，上述生物反应罐罐体上设有用于向其内部供培养液的第一添加组件，上述生物反应罐罐体上设有用于向其内部供碱液或酸液的第二添加组件，上述生物反应罐罐体的底侧设有喷射槽，上述喷射槽的开口设有喷射泵，上述生物反应罐罐体的底侧设有与上述喷射槽内腔连通的导流孔，上述生物反应罐罐体的底侧设有与其内腔连通的出料管；

搅拌设备，上述搅拌设备包括设置在上述生物反应罐罐体内的搅拌杆，上述搅拌杆环侧设有搅拌轴，上述搅拌轴一端连接有带动其转动的驱动电机，上述搅拌轴活动套设有搅拌叶轮。

在本发明的一些实施例中，上述第一添加组件包括培养液存储容器，上述培养液存储容器连通有第一输送管，上述第一输送管的另一端与上述生物反应罐罐体内腔连通，上述第一输送管上连接有第一输送泵。

在本发明的一些实施例中，上述第二添加组件包括反应液存储容器，上述反应液存储容器连通有第二输送管，上述第二输送管的另一端与上述生物反应罐罐体内腔连通，上述第二输送管上连接有第二输送泵。

在本发明的一些实施例中，上述生物反应罐罐体外套设有加热罐罐体，上述加热罐罐体的外侧设有与其内腔连通的水域加热组件，上述出料管贯穿上述加热罐罐体的外侧。

在本发明的一些实施例中，上述水域加热组件包括第三输送管，上述第三输送管的一端与上述加热罐罐体内腔连通，上述第三输送管上设置有热水器。

在本发明的一些实施例中，上述加热罐罐体的底侧设有承载机架，上述承载机架的下侧设有正四轮行走机构。

在本发明的一些实施例中，包括第四输送管，上述第四输送管的一端与上述生物反应罐罐体内腔连通，上述第四输送管的另一端贯穿上述加热罐罐体外侧连接有储存有空气的供气罐。

在本发明的一些实施例中，上述生物反应罐罐体的下部连接有反冲洗管，上述反冲洗管的另一端贯穿上述加热罐罐体的外侧。

在本发明的一些实施例中，上述生物反应罐罐体的内壁设有弧形槽，上述生物反应罐罐体的上侧连接有排气管，上述排气管的另一端贯穿上述加热罐罐体的外侧，上述加热罐罐体的上侧设置有用于检测上述生物反应罐罐体内部压力的压力计。

在本发明的一些实施例中，上述驱动电机的输出轴连接有第一半锥齿轮，上述搅拌杆上连接有与上述第一半锥齿轮啮合的第二锥齿轮。

相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：

一种干细胞规模化培养生物反应器系统，包括：

生物反应罐罐体，上述生物反应罐罐体上设有用于向其内部供培养液的第一添加组件，上述生物反应罐罐体上设有用于向其内部供碱液或酸液的第二添加组件，上述生物反应罐罐体的底侧设有喷射槽，上述喷射槽的开口设有喷射泵，上述生物反应罐罐体的底侧设有与上述喷射槽内腔连通的导流孔，上述生物反应罐罐体的底侧设有与其内腔连通的出料管；

搅拌设备，上述搅拌设备包括设置在上述生物反应罐罐体内的搅拌杆，上述搅拌杆环侧设有搅拌轴，上述搅拌轴一端连接有带动其转动的驱动电机，上述搅拌轴活动套设有搅拌叶轮。

本发明的原理：在生物反应罐罐体内培养干细胞时，通过第一添加组件向生物反应罐罐体内干细胞培养液，通过第二添加组件向生物反应罐罐体内添加干细胞培养液反应所需要的碱液或酸液，干细胞培养液在碱液或酸液的影响下生成新的物质，接通驱动电机的电源，驱动电机带动搅拌杆转动和搅拌轴同步转动使干细胞培养液以及碱液或酸液之间均匀混合，在混合流体(干细胞培养液、碱液或酸液之间)搅动的过程中，混合流体带动搅拌叶轮转动，搅拌叶轮带动混合流体的混合效果更好，在上述搅拌过程中，接通喷射泵的电源，喷射泵使喷射槽内的混合流体喷射出来，生物反应罐罐体内的混合流体通过导流孔进入到喷射槽内，增加生物反应罐罐体内混合流体的混合效果。本发明的设计解决了生物反应罐罐体内培养液搅拌不均匀的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例一种干细胞规模化培养生物反应器系统的结构示意图；

图2为本发明实施例生物罐罐体和加热罐罐体连接的剖视图；

图3为图2中A的局部放大图；

图4为图2中搅拌杆的局部示意图。

图标：1-加热罐罐体，2-无菌过滤器，3-第一输送管，4-第一输送泵，5-培养液存储容器，6-第二输送管，7-第二输送泵，8-反应液存储容器，9-热水器，10-第三输送管，11-万向轮，12-出料管，13-第四输送管，14-供气罐，15-驱动电机，16-第一半锥齿轮，17-第二锥齿轮，18-搅拌杆，19-搅拌轴，20-弧形槽，21-喷射槽，22-喷射泵，23-导流孔，24-搅拌叶轮，25-生物反应罐罐体。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，“多个”代表至少2个。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

请参照图1-图4，本实施例提供一种干细胞规模化培养生物反应器系统，包括：

生物反应罐罐体25，上述生物反应罐罐体25上设有用于向其内部供培养液的第一添加组件，上述生物反应罐罐体25上设有用于向其内部供碱液或酸液的第二添加组件，上述生物反应罐罐体25的底侧设有喷射槽21，上述喷射槽21的开口设有喷射泵22，上述生物反应罐罐体25的底侧设有与上述喷射槽21内腔连通的导流孔23，上述生物反应罐罐体25的底侧设有与其内腔连通的出料管12；

搅拌设备，上述搅拌设备包括设置在上述生物反应罐罐体25内的搅拌杆18，上述搅拌杆18环侧设有搅拌轴19，上述搅拌轴19一端连接有带动其转动的驱动电机15，上述搅拌轴19活动套设有搅拌叶轮24。

本发明的原理：在生物反应罐罐体25内培养干细胞时，通过第一添加组件向生物反应罐罐体25内干细胞培养液，通过第二添加组件向生物反应罐罐体25内添加干细胞培养液反应所需要的碱液或酸液，干细胞培养液在碱液或酸液的影响下生成新的物质，接通驱动电机15的电源，驱动电机15带动搅拌杆18转动和搅拌轴19同步转动使干细胞培养液以及碱液或酸液之间均匀混合，在混合流体(干细胞培养液、碱液或酸液之间)搅动的过程中，混合流体带动搅拌叶轮24转动，搅拌叶轮24带动混合流体的混合效果更好，在上述搅拌过程中，接通喷射泵22的电源，喷射泵22使喷射槽21内的混合流体喷射出来，生物反应罐罐体25内的混合流体通过导流孔23进入到喷射槽21内，增加生物反应罐罐体25内混合流体的混合效果。本发明的设计解决了生物反应罐罐体25内培养液搅拌不均匀的问题。

在本发明中，搅拌杆18纵向设置，搅拌轴19与搅拌杆18垂直，搅拌轴19和搅拌实现混合流体的搅动，对于混合流体属于一种水平面的搅动，对于生物罐罐体内部的混合流体纵向方向不能均匀混合，混合流体的混合效果不佳，在混合流体转动时，混合流体带动搅拌叶轮24纵向方向的转动，使混合流体的搅拌效果更好，喷射槽21的口径等于喷射泵22的口径，喷射泵22使混合流体向上喷射，生物反应罐罐体25内部的纵向混合效果更好。

在本发明的一些实施例中，上述第一添加组件包括培养液存储容器5，上述培养液存储容器5连通有第一输送管3，上述第一输送管3的另一端与上述生物反应罐罐体25内腔连通，上述第一输送管3上连接有第一输送泵4。

在上述实施例中，培养液存储容器5用于存储干细胞培养液，接通第一输送泵4的电源，第一输送泵4使培养液存储容器5内的干细胞培养液经过第一输送管3内输送到培养液存储容器5内。第一输送管3上设有无菌过滤器2，实现培养液存储容器5内干细胞培养液的杀菌处理。

在本发明的一些实施例中，上述第二添加组件包括反应液存储容器8，上述反应液存储容器8连通有第二输送管6，上述第二输送管6的另一端与上述生物反应罐罐体25内腔连通，上述第二输送管6上连接有第二输送泵7。

在上述实施例中，在反应液存储容器8内添加干细胞培养液培养所需要的碱液或酸液，接通第二输送泵7的电源，第二输送泵7使反应液存储容器8内的酸液或碱液通过第二输送管6输送到生物反应罐罐体25与干细胞培养液混合。

在本发明的一些实施例中，上述生物反应罐罐体25外套设有加热罐罐体1，上述加热罐罐体1的外侧设有与其内腔连通的水域加热组件，上述出料管12贯穿上述加热罐罐体1的外侧。

在上述实施例中，通过水域加热组件向加热罐罐体1内通入热水，加热罐罐体1内的热水实现生物反应罐罐体25的加热，提高了干细胞培养液的培养速率。加热罐罐体1外侧设有管道，用于加热罐罐体1内加热水的排出。

在本发明的一些实施例中，上述水域加热组件包括第三输送管10，上述第三输送管10的一端与上述加热罐罐体1内腔连通，上述第三输送管10上设置有热水器9。

在上述实施例中，通过第三输送管10自由端输送进来的冷水通过热水器9加热后送进加热罐罐体1内部，实现生物反应罐罐体25的加热。热水器9属于一种现有产品，热水器9与第三输送管10的连接配合属于常规技术的设置，这里就不再进行详细描述。

在本发明的一些实施例中，上述加热罐罐体1的底侧设有承载机架，上述承载机架的下侧设有正四轮行走机构。

在上述实施例中，正四轮行走机构使本发明方便移动，正四轮行走机构由四个万向轮11组成，万向轮11组成的正四轮行走机构在移动时方便调节移动方向。

在本发明的一些实施例中，包括第四输送管13，上述第四输送管13的一端与上述生物反应罐罐体25内腔连通，上述第四输送管13的另一端贯穿上述加热罐罐体1外侧连接有储存有空气的供气罐14。

在上述实施例中，供气罐14内存储有空气，供气罐14内的空气通过第四输送管13进入到生物反应罐罐体25内部，实现生物反应罐罐体25内供氧的目的。

在本发明的一些实施例中，上述生物反应罐罐体25的下部连接有反冲洗管，上述反冲洗管的另一端贯穿上述加热罐罐体1的外侧。

在上述实施例中，反冲洗管外接水源，可以实现生物反应罐罐体25内部的清洗。

在本发明的一些实施例中，上述生物反应罐罐体25的内壁设有弧形槽20，上述生物反应罐罐体25的上侧连接有排气管，上述排气管的另一端贯穿上述加热罐罐体1的外侧，上述加热罐罐体1的上侧设置有用于检测上述生物反应罐罐体25内部压力的压力计。

在上述实施例中，在压力计检测到生物反应罐罐体25内部的压力过大时，通过排气管可实现生物反应罐罐体25内部降压的目的。

在本发明的一些实施例中，上述驱动电机15的输出轴连接有第一半锥齿轮16，上述搅拌杆18上连接有与上述第一半锥齿轮16啮合的第二锥齿轮17。

在上述实施例中，驱动电机15带动第一半锥齿轮16转动时，第二锥齿轮17间歇性转动，第二锥齿轮17带动搅拌杆18周期性转动，在搅拌杆18不转动时，混合流体急需转动，混合流体在转动时带动搅拌叶轮24转动，使得混合流体纵向方向均匀混合。

综上，本发明的实施例提供一种干细胞规模化培养生物反应器系统，其至少具有以下技术效果：

本发明的原理：在生物反应罐罐体25内培养干细胞时，通过第一添加组件向生物反应罐罐体25内干细胞培养液，通过第二添加组件向生物反应罐罐体25内添加干细胞培养液反应所需要的碱液或酸液，干细胞培养液在碱液或酸液的影响下生成新的物质，接通驱动电机15的电源，驱动电机15带动搅拌杆18转动和搅拌轴19同步转动使干细胞培养液以及碱液或酸液之间均匀混合，在混合流体(干细胞培养液、碱液或酸液之间)搅动的过程中，混合流体带动搅拌叶轮24转动，搅拌叶轮24带动混合流体的混合效果更好，在上述搅拌过程中，接通喷射泵22的电源，喷射泵22使喷射槽21内的混合流体喷射出来，生物反应罐罐体25内的混合流体通过导流孔23进入到喷射槽21内，增加生物反应罐罐体25内混合流体的混合效果。本发明的设计解决了生物反应罐罐体25内培养液搅拌不均匀的问题。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。