专利名称：一种小型生物反应器的制作方法常规小型罐式生物反应器通常采用以下方法1)使用同一细胞培养罐体进行细胞培养和诱导表达的整个过程；2)在需要维持或改变温度时，采用内置加热管、套管加热或将反应器整体放入恒温箱中保持培养温度；3)对于基因工程细胞株的诱导表达采取分批培养的不连续发酵方式；4)对于细胞培养或基因工程细胞株的诱导表达条件实行单罐发酵、逐步优化的方法；5)生物反应器灭菌采用原位蒸汽灭菌法。常规方法在实际使用中存在一定局限性。常规单一培养罐体的生物反应器无法实现细胞的连续培养。通过诱导表达的基因工程细胞株在开始诱导表达后，细胞生理状态处于不稳定状态，无法稳定传代并持续高效的表达目的产物。温度诱导表达的细胞株在单罐培养的条件下，细胞培养温度的改变比较缓慢，不利于诱导表达的同步化。化学诱导表达的细胞株在同一罐体中无法实现多种诱导浓度诱导效果的对比。对于摸索细胞株或基因工程细胞株的培养条件，采用常规单一罐体具有可重复性差，耗时长，成本高和效率低的局限性。
本发明的目的是提供一种可以实现细胞连续培养和诱导表达的生物反应器，并能够提供不同诱导表达条件，满足不同机制的诱导表达条件的需求，从而快速优化细胞表达系统制备基因工程重组蛋白的条件。本发明涉及的生物反应器以实现细胞有效连续增殖、 充分利用细胞的稳定代时和促进细胞高效表达重组蛋白产物为培养目的，可应用于可悬浮培养的昆虫细胞、哺乳动物细胞和其他基因工程菌株。本发明提出的生物反应器所采取的方案是
1.细胞培养罐体方面生物反应器的细胞培养罐体分为两部分，即初始培养的母罐体和进一步培养或诱导表达培养的子罐体，可以实现培养和诱导表达在不同培养罐体中进行。2.热交换组件使用无机耐热材料制作热交换组件，用于联结不同的细胞培养罐体，热交换组件本身具有独立的温度控制系统，可以在细胞培养物流经时迅速改变温度，使得细胞培养物到达下一级培养罐体前达到预期温度。3.细胞光密度检测与补液系统细胞光密度检测与补液系统配合，用于控制细胞培养密度，可实现细胞高密度培养或控制细胞密度范围的目的。4.细胞培养罐体与热交换组件配合方式初始细胞培养罐体可与热交换组件形成一对一或一对多的配合方式，从而接入单个或多个下一级培养罐体，进一步进行细胞培养物化条件的优化。5.细胞培养物在初始培养罐体与下一级罐体间的流动可以通过正压或负压方式进行控制。6.培养规模的放大采用按比例简单增大细胞培养罐体、保温套件和增加细胞培养罐体数量的方法即可实现培养规模的放大，适应扩大细胞制备规模的需要。7.细胞培养罐体与热交换组件主要部件均可独立蒸汽灭菌。本发明的优点是
1.生物反应器将细胞培养罐体、温控套件和补液系统高度整合，通过控制系统实现培养过程的自动控制，可以实现细胞高密度培养和控制细胞培养密度的目的，同时大幅度提高细胞培养效果的稳定性和重复性。2.细胞培养罐体与热交换组件配合，可以实现细胞培养母罐体与子罐体的多种联结方式，使细胞诱导表达与培养阶段分开，可以同时满足利用不同诱导条件对细胞进行诱导表达的需要。3.细胞培养罐体、热交换组件与补液系统材质为无机材料，可整体蒸汽灭菌，具有高可靠性和抗污染能力强的特点。4.生物反应器的工作容量具有可放大性，适合生物工程实验室、中试生产中对中低规模细胞培养(1升到数十升培养规模)和基因重组蛋白表达的需要。


图1为小型生物反应器纵面示意图 [主要部分代表符号]
1、温度检测探头；11、加热套管；12、保温套筒；21、细胞培养罐体；22、罐体顶盖；23、顶盖密封胶垫与紧固件；24、橡胶支架；31、光源；32、导光棒；33、光伏电池板；34、顶盖接口密封圈；41、补液装置；42、外部培养液流入开口 ；43、外部培养液流出口 ；43、空气过滤装置； 50、培养液流入管道；51、控制系统；6、三通阀；7、热交换组件。

有效工作体积为1. 0-1. 5升的生物反应器。按照图1设计生物反应器，使用环境为22_25°C室温环境。首先，以无机玻璃材料制作细胞培养罐体21，体积约3升。使用无机玻璃加工罐体顶盖22，使用密封胶垫和紧固件23与细胞培养罐体组装，在顶盖中央部位开口以接入顶盖密封圈34。光源31与导光棒32装配后通过顶盖密封圈，使导光棒靠近罐体底部一定距离；通过另一个顶盖密封圈接入空气过滤装置43和外部培养液流入管道50。使用玻璃加保温材料制作保温套筒12，使用橡胶制作支架24，在支架上设置温度检测探头1和发热套管11的插口，在保温套筒底部中央设置光伏电池板33及密封圈、线路出口。将组装后的培养罐体放入保温套筒，将控制系统51与光伏电池板、加热套筒与温度检测探头连接，接通光源31电源，设定光伏电池板电压值范围用于激活补液装置自动添加培养液，从而使细胞培养处于一定细胞密度范围内。导管51与三通阀6及热交换组件7相接，热交换组件7放置于保温套筒12中，并使用纯水做为保温液并预热到所需温度，热交换组件7经导管联结到下一级细胞培养罐。通过温度检测探头开口向保温套筒和细胞培养罐体之间加入纯水，待温度恒定后，通过培养液流入口 50向左侧细胞培养罐体内加入细胞培养液，即可开始培养。待细胞培养物扩大达到一定容积时，打开三通阀6，经由细胞培养母罐的空气过滤器加压，使得细胞培养物经过热交换组件7流入到右侧细胞培养子罐；在关闭三通阀门后，可以开始在右侧培养罐体进行诱导表达或进一步培养，而在左侧细胞培养母罐可以再次进行细胞扩增。按比例放大后的生物反应器可以适合大规模细胞培养使用。


本发明属于生物工程技术领域，具体为一种应用于细胞培养的生物反应器装置，包括培养罐体、温控套件、搅拌装置、补液(气)装置、细胞光密度检测装置和热交换组件。本发明采用多个小型无机材料罐体作为细胞培养的主体部件，主要部件均满足蒸汽灭菌的要求，配合高精度温控系统和细胞光密度检测装置，可以为细胞培养提供优化条件。本发明中的细胞培养主体为两个或多个细胞培养罐体，之间以热交换组件相联结，可迅速实现细胞培养过程中所需的温度变化或物化参数的调整，实现连续培养的目的；本发明整体具有高整合度、自动控制、可放大性、高可靠性和节能环保的特点，适合生物工程实验室、中试生产中对中低规模细胞培养和基因重组蛋白表达的需要。