[发明专利]用于气体流与液体质量传递的方法和设备

说明书

本发明公开了一种用于实现气‑液质量传递的方法和系统，其包括将液体递送至容器的隔室中，所述液体具有设置在所述隔室内的暴露的顶部表面。气体流通过所述液体的所述顶部表面的上方使得所述气体流在所述顶部表面上产生湍流，所述湍流足以实现所述气‑液质量传递。在一个实施例中，所述液体为包含细胞或微生物的培养物，并且所述质量传递起作用以给所述培养物充氧，使其足以供养所述细胞或微生物。

相关申请的交叉引用

本申请要求美国临时申请No.61/625,794的优先权，所述申请以具体引用的方式并入本文。

背景技术

1.技术领域

本发明涉及用于产生气-液质量传递的方法和系统，在一个例子中，该气-液质量传递可用于为反应器内具有较浅深度的生物培养物充氧。

2.相关技术

生物细胞在生物反应器内的生长需要对多个不同的工艺参数进行严格控制。例如，随着细胞生长，其从周围的培养基中吸收氧气并释放CO₂。必需仔细监测和调控氧气和CO₂在培养基内的浓度，以确保细胞的生存力和最佳生长。另一个需要仔细检测和控制的因素是细胞在培养物内的密度。为确保所有的工艺参数均被适当地控制，细胞通常在逐渐增大的反应器的连续阶段中生长。例如，细胞培养物可首先在小烧瓶中开始。一旦细胞密度达到临界值，则将培养物转移至较大的台式反应器，在该台式反应器中培养物与另外的培养基混合。接着，一旦细胞密度再次达到临界值，则将培养物再次移至具有更多培养基的较大反应器中。继续进行此过程直到获得所需的培养物体积。因为每个不同尺寸的反应器仅在相对较窄的体积变化上处理培养物，因此可使用常规技术控制所有的工艺参数。

虽然上述制备方法有效，但在生长过程期间必需将细胞培养物转移至不同的容器存在许多缺点。例如，该过程耗时、费力并且要求生产者获得并维护相对大量的不同尺寸的反应器。此外，转移培养物的过程暂时中止了优选的工艺条件，可潜在地损坏细胞并且增加了破坏无菌状态的风险。已尝试通过处理培养物在单个反应器内的大的体积变化来克服上述一些问题。例如，与仅可发生培养物的2倍体积变化的常规反应器相比，已尝试使培养物在反应器内的体积变化增加5倍。

这种概念是，首先将小体积的培养物置于相对较大的反应器容器内，然后通过分批进料或连续进料模式继续添加培养基至培养物，使得细胞生长至容器达到培养物的预定最大体积的点。根据需要的培养物的量，仍可将培养物转移至较大的反应器。目标是在达到所需的最终体积之前，减少培养物需要转移到的不同反应器/容器的数目。

然而，在培养物在单个反应器内以大的体积变化生长的过程中存在许多复杂因素。例如，在每个反应器中均存在用于给培养物充氧的机构，其汽提出不需要的CO₂，并且连续地混合培养物，使得培养物基本上保持均匀。混合常常由设置在容器内的叶轮来完成。叶轮的尺寸、位置和操作被设置为使得能够实现培养物的最佳混合而不损坏细胞。通常通过定位在容器底板上的限定鼓泡器将小直径的气泡分散在容纳有培养物的容器中来完成充氧。随着气泡在培养物内上升，氧气被吸收到培养物中。通常通过定位在容器底板上的第二鼓泡器将大直径的气泡分散在容器中来完成CO₂的汽提。随着大气泡在培养物内上升，培养物内的一部分CO₂平衡进入大气泡的空气中并被带出培养物。