[发明专利]用于生物反应器的通气装置

说明书

本公开公开了用于生物反应器的通气装置，所述生物反应器具有容纳动物细胞和液体的混合溶液的罐体，所述通气装置包括：气体分布器，所述气体分布器构造为浸没在罐体的混合溶液内，并且包括分布器主体和由分布器主体支撑的膜片，所述分布器主体具有通气槽，所述膜片构造成将通气槽中的气体以无气泡的方式溶解到混合溶液中；进气单元，所述排气单元与通气槽流体连通并向通气槽输送进气气体，和排气单元，所述排气单元与通气槽流体连通，并将通气槽中的未溶解的气体排出分布器主体。通气装置大大提高了生物反应器对生物过程中的氧气消耗速率的监测水平。

技术领域

本公开总体上涉及生物反应器领域。更具体来说，本公开涉及一种用于生物反应器的通气装置。

背景技术

在动物细胞的生物反应器设计中，氧气在培养基中的溶解能力一直是最重要的设计参数之一。一般情况下，氧气的传递速率要大于动物细胞的氧气消耗速率，以其维持动物细胞的正常代谢水平。深层通气式生物反应器通常采用各种方法来使空气气泡尽可能小，以提高单位气体量下的传质比表面积，增大氧气的传递效率。但是研究发现，越小的气泡上升过程中的破裂产生的剪切力越大，这会对较为脆弱的动物细胞造成不可逆的影响。

目前，大多数一次性生物反应器采用厘米级气泡分布器和微米级气泡分布器的结合。厘米级气泡分布器产生的气泡直径较大，传质比表面积较小。因此，厘米级气泡分布器排出二氧化碳的能力较好，但是传递氧气的能力较差，一般用来吹散溶解在培养基中的多余二氧化碳气泡。微米级气泡分布器通常采用金属或塑料材质的烧结方法制成，其最小孔径可以控制到2-20um。在相同流量的气体条件下，微米级气泡分布器产生的气泡数量众多，有效地提高了传质比表面积。但是，微米级气泡分布器产生的过小气泡会对动物细胞(尤其是干细胞)造成较为显著的伤害。因此，在用于动物细胞的生物反应器设计中，氧气传递和气泡剪切力的矛盾较为突出。

因此，传质系统的无气泡设计是未来发展的方向。但是，现有的无气泡生物反应器采用反应器外循环传质的方式，利用蠕动泵将培养基泵送出培养体系，增加了蠕动泵对动物细胞的剪切力伤害。另外，现有的生物反应器以不锈钢罐为主，在使用过程中均需湿热灭菌，因此很难应用很多新开发的微孔膜材质。

另一方面，在生物反应器的工艺控制上，监控动物细胞的氧气消耗速率十分重要。通常的做法是将生物反应器的尾气通入气体质谱检测仪。通过比对进气流量及其气体组成、和排气流量及其气体组成，来推断动物细胞消耗的氧气量(OUR)。但是，在排气过程中，生物反应器内的上方非液体区域会形成尾气缓冲区，使得OUR的计算失效，很难得到实时的OUR数值。另外，气体质谱检测仪非常昂贵，这大大增加了生产成本。

发明内容

本公开的目的之一是提供一种能够克服现有技术中至少一个缺陷的通气装置。

本公开的第一方面涉及一种用于生物反应器的通气装置，其中，所述生物反应器具有容纳动物细胞和液体的混合溶液的罐体，所述通气装置包括：

气体分布器，所述气体分布器构造为浸没在罐体的混合溶液内，并且包括分布器主体和由分布器主体支撑的膜片，所述分布器主体具有通气槽，所述膜片构造成将通气槽中的气体以无气泡的方式溶解到混合溶液中；

进气单元，所述排气单元与通气槽流体连通并向通气槽输送进气气体，和

排气单元，所述排气单元与通气槽流体连通，并将通气槽中的未溶解的气体排出分布器主体。

在一些实施例中，通气槽设置在分布器主体的壁部上，并且构造成引导进气气体在壁部的整个外表面上流动。

在一些实施例中，壁部包括顶部凸缘、底部凸缘和位于顶部凸缘和底部凸缘之间的一个或多个突出部，顶部凸缘、底部凸缘和突出部均从壁部的外表面径向向外突起。

在一些实施例中，顶部凸缘、底部凸缘和/或突出部形成支撑膜片的支撑骨架。