一种双螺旋生物反应器的制造方法 [0002] 生物反应器是为适应生物反应(或生化反应）的特点而设计的反应设备，现有的生 物反应器主要包括以下几种类型： [0003] 1、机械搅拌式生物反应器：其是开发较早、应用较广的一类生物反应器，这种反应 器的构造主要在罐体内有一个搅拌桨，搅拌桨由电机驱动达到混合液体的目的。其培养规 模可达2000L，若再配合微载体、多孔微球、灌注技术，可使细胞密度达到6X106/mL以上， 而且消毒方便。另外，其最大的优点是能培养各种类型的动物细胞，培养工艺容易放大，产 品质量稳定，非常适合工厂化生产；但不足之处是机械搅拌所产生的剪切力对细胞有一定 的损伤。 [0004] 2、气升式生物反应器：其是英国Celltech公司在1985年应用100L的气升式生 物反应器对杂交瘤细胞进行了大规模培养，现在还开发出了 10000L气升式生物反应器用 于各类单克隆抗体的规模化生产。这种类型的生物反应器构造主要是底部注入高速压缩空 气，由空气在液体内的高速运动而使液体流动，缺点是高流速的气体对细胞损伤较大，对其 他类型的培养方式不支持。 [0005] 3、一次性反应器：其技术和理念拥有和不锈钢反应器同样的生产特征，目前有机 械搅拌式，搅拌桨固定在一次性袋中。美国PBS公司研发出一种Airwheel-次性生物反 应器，混合液体的方式也是搅拌桨进行混合，但这种反应器搅拌桨为叶轮垂直安装，驱动方 式也不是电机驱动，而是在液体内通入空气，气泡的上升带动搅拌桨运动，其转速由通气量 决定。一次性技术可以让生物制药生产者更加灵活地控制生产。但一次性反应器培养袋的 价格高昂，50L-次性反应器的培养袋价格在20000人民币左右。 实用新型内容 [0006] 为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种双螺旋生物反应器，该反应器无搅 拌桨，无传动电机，大大减小了剪切力，减低了剪切力对细胞的损伤。同时由于无搅拌桨及 传动电机，减低了机械设备对罐体污染的风险，节省了成本。 [0007] 本实用新型的目的通过以下技术方案来具体实现： [0008] -种双螺旋生物反应器，主要包括罐体，所述罐体包括外壳、内腔、顶盖及导流底 座，顶盖及导流底座分别固定于内腔的上下两端，外壳与顶盖固定使得罐体形成内外双腔 体结构，所述顶盖上设置有多个安装孔，用于插接传感器及管路，导流底座为两组反向单向 阀门，反应器还包括用于调控罐体内外双腔体压力差的控制模块，控制模块通过调控罐体 内外双腔体压力差来控制两组反向单向阀门的开启及关闭，使得罐体的内外双腔体连通形 成螺旋涡流。
[0009] 进一步的，所述控制模块主要包括控制主机、液位传感器及液位开关，所述罐体的 外腔体顶部设置有外腔体进气口及外腔体排气口，内腔体顶部设置有内腔体进气口及内腔 体排气口，所述液位传感器位于罐体内，液位开关位于控制主机内，所述液位开关的信号输 入端与液位传感器连接，信号输出端与内腔体进气口、内腔体排气口、外腔体进气口及外腔 体排气口中的电磁阀连接。
[0010] 进一步的，所述外腔为顶端开口的空心圆柱体结构，所述导流底座呈多面体结构， 导流底座的每个面即为一单向阀门，所述内腔为空心多面体结构，内腔的面数与导流底座 的面数相对应。
[0011] 进一步的，所述导流底座的各面以内腔中对应的棱柱所在位置为转轴，相邻两个 面开口方向内外交错，形成两组反向单向阀门；同组单向阀门中的各单向阀门角度相同且 方向一致。
[0012] 进一步的，所述各单向阀门均具有限位机构，所述限位机构为一固定销，固定销的 底端固定在外壳的底部。
[0013] 进一步的，所述导流底座、内腔及顶盖一体成型。
[0014] 进一步的，所述导流底座、外壳、内腔及顶盖一体成型。
[0015] 进一步的，所述罐体外腔的顶部安装有pH传感器、D0传感器及温度传感器。
[0016] 进一步的，所述罐体由聚碳酸酯制成，罐体的体积为5L-1000L。
[0017] 进一步的，所述外腔顶端设置有安装孔及密封槽，通过螺丝与顶盖固连。
[0018] 本实用新型一种双螺旋生物反应器，罐体部分采用内外双腔体式结构，导流底座 为两组反向单向阀门形成导流，洁净的压缩空气通过对内外腔体进行加压排气使罐内液体 进行交换并形成内腔涡流和外腔涡流的双螺旋现象从而起到混合作用，这种结构省去了传 统机械搅拌的结构，无搅拌桨，无传动电机，大大减小了剪切力，减低了剪切力对细胞的损 伤，同时由于无搅拌桨及传动电机，减低了机械设备对罐体污染的风险，能耗低，节省了成 本。




[0019] 下面根据附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
[0020] 图1是本实用新型一种双螺旋生物反应器的结构简图；
[0021] 图2是本实用新型一种双螺旋生物反应器的立体结构示意图；
[0022] 图3是本实用新型一种双螺旋生物反应器的俯视结构示意图；
[0023] 图4是本实用新型一种双螺旋生物反应器的内腔体结构示意图。
[0024] 图5是液体在反应器内腔之间循环通过内腔底部的导流底座形成的涡流示意图。
[0025] 图中：1_外壳；2-内腔；3-顶盖；4-单向阀门；5-固定销；6-内腔体排气□ ;7_内 腔体进气口；8-外腔体排气口；9-外腔体进气口； 10-液位传感器；11-pH传感器；12-控制 主机；13-D0传感器；14-温度传感器。


[0026] 如图1-4所示，本实用新型实施例所述的一种双螺旋生物反应器，主要包括罐体， 罐体包括外壳1、内腔2、顶盖3及导流底座，顶盖3及导流底座分别固定于内腔2的上下两 端，外壳1与顶盖3固定使得罐体形成内外双腔体结构，顶盖3上设置有多个安装孔，用于 插接传感器及管路，如(通气、取样、进液、收集、进碱液等管道)，导流底座为两组反向单向 阀门4,反应器还包括用于调控罐体内外双腔体压力差的控制模块，控制模块通过调控罐体 内外双腔体压力差来控制两组反向单向阀门4的开启及关闭，使得罐体的内外双腔体连通 形成螺旋涡流。
[0027] -种优选的实施方式，控制模块主要包括控制主机12、液位传感器10及液位开 关，罐体的外腔体顶部设置有外腔体进气口 9及外腔体排气口 8,内腔体顶部设置有内腔体 进气口 7及内腔体排气口 6,液位传感器10位于罐体内，液位开关位于控制主机12内，液 位开关的信号输入端与液位传感器10连接，信号输出端与内腔体进气口 7、内腔体排气口 6、外腔体进气口 9及外腔体排气口 8中的电磁阀连接。控制内腔体进气口 7、内腔体排气 口 6、外腔体进气口 9及外腔体排气口 8的通断。由两路压缩空气提供液体交换压力，外腔 体与内腔体侧壁上的液位传感器10将检测到的液体的高点与低点信号传送给液位开关， 由此决定打开/关闭各个电磁阀的时间。具体为：内腔体进气口 7打开时，内腔体排气口 6 关，外腔体进气口 9关，外腔体排气口 8开；外腔体进气口 9打开时，外腔体排气口 8关，内 腔体进气口 7关，内腔体排气口 6开，内外腔体液面交互升至高点后与低点连通启动相应动 作，液体在反应器的内外腔体之间循环通过导流底座形成涡流。
[0028] 优选的，外腔1为顶端开口的空心圆柱体结构，导流底座呈多面体结构，本实施例 中采用八面体，但是并不限于八面，可根据需要设定，导流底座的每个面即为一单向阀门4， 内腔2为空心多面体结构，内腔2的面数与导流底座的面数相对应；导流底座的各面以内 腔2中对应的棱柱所在位置为转轴，相邻两个面开口方向内外交错，形成两组反向单向阀 门4;同组单向阀门中的各单向阀门4角度相同且方向一致；为了限制单向阀门4开启时的 张开角度，各单向阀门4均具有限位机构，限位机构为一固定销5,固定销5的底端固定在 外壳1的底部。当内腔体中的液体降至低点后，外腔体给压液体返回内腔；导流底座开启 另外一组向内腔导流的单向阀门4，具有统一角度且方向一致，内外腔体开启单向阀方向都 为顺时针方向，进过内外交换液体在内腔和外腔都进行旋转搅拌启到混合作用，形成如图5 所示的涡流。
[0029] 优选的，当反应器为重复使用时，导流底座、内腔2及顶盖3 -体成型，重复使用性 能好。
[0030] 优选的，当反应器为一次性使用时，导流底座、外壳1、内腔2及顶盖3 -体成型，使 用简便、价格低廉、使用三层包装辐照灭菌，无菌可靠性高。
[0031] 优选的，在罐体外腔体的顶部安装有pH传感器11、D0传感器13及温度传感器14， 用于检测罐体内液体pH值、溶氧量及温度等相关参数，通过四路质量流量计控制Air、02、 N2、C02的混合过程，进而调节罐体内液体pH值，当罐体内液体当前pH值低于设定的pH值 时,通过蠕动泵向罐体内注入碱性液体，当罐体内液体当前pH值高于设定的pH值时，则通 过调节Air、C02的流量来调节液体的pH值。反应器中的pH传感器11、D0传感器13、温度 传感器14、各进气口排气口中电磁阀的通断及蠕动泵的启停均由PLC控制，通过人机交互 界面观察及设定参数。
[0032] 优选的，罐体由聚碳酸酯制成，耐高温、高压，适合反复湿热灭菌；罐体的体积多 样，为5L-1000L，具体可为5L、15L、50L、100L、500L、1000L中的任意一种，根据罐体体积 规格的不同，气压提供方式不同，实验室级别由不小于〇.2Mpa的压缩空气提供，50L以上 (包含50L)反应器由控制系统自带空压机提供压缩空气的进行与排气。
[0033] 优选的，外腔1顶端设置有安装孔及密封槽，密封槽设置有0型圈，通过螺丝与顶 盖3固连密封，达到更好的连接密封效果。
[〇〇34] 最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本 实用新型，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进 行调节，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作 的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。