一种悬浮型细胞培养单元、装置及系统

技术领域

本发明涉及细胞培养技术领域，具体涉及一种悬浮型细胞培养单元、装置及系统。

背景技术

细胞治疗技术是一种新型的生物治疗手段，其主要原理是通过改良和修复人体自身的细胞，达到治疗疾病的目的。这项技术广泛应用于生物医学领域，包括肿瘤治疗、组织再生、自身免疫疾病治疗等方面。

悬浮型细胞的培养指的是一种在受到不断搅动或摇动的液体培养基里，培养单细胞及小细胞团的组织培养系统，是非贴壁依赖性细胞的一种培养方式，在培养过程中需要深层通入空气和二氧化碳，以保证足够的气体交换。

现有技术中，如中国公开专利CN 106047707 A中公开的一种贴壁/悬浮型细胞培养单元、装置、系统及方法，能够通过补液控制悬浮型细胞培养装置的整个细胞培养过程的培养条件，与悬浮型细胞培养装置配合完成整个细胞培养过程。但是悬浮型细胞在大规模培养的过程中需要保证足够的空气以供细胞呼吸，现有技术中难以提供足够的空气。

发明内容

本发明的目的是提出一种悬浮型细胞培养单元、装置及系统，可以在大规模悬浮型细胞培养过程中提供足够的空气供细胞呼吸，结构简单，使用方便。

一种悬浮型细胞培养单元，包括：壳体，所述壳体底部设置有支撑座，所述支撑座的上设置有透气膜，所述透气膜与壳体的内部连接，所述壳体的顶部设置有通气装置，换液口和收获口，所述换液口内连接有第一软管，所述第一软管在壳体内部向下延伸至透气膜上方，所述收获口内连接与第二软管，所述第二软管在壳体内部向下延伸至透气膜的上表面。

进一步优选的，所述壳体采用透明材料制造，具体可以是聚碳酸酯、聚乳酸、聚乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯、玻璃中的一种或几种。

进一步优选的，第一软管向下延伸至透气膜上方3-5cm。

优选的，所述透气膜的上表面为光滑的疏水表面，所述透气膜的下表面设置有网格状的加强筋。加强筋用于提升透气膜的抗压能力。

优选的，所述加强筋与透气膜一体成型。

优选的，所述透气膜边缘带有台阶状的密封结构。密封结构用于使透气膜与壳体内壁的间隙进行密封，不会漏气的同时使气体可以从透气膜中穿过。

进一步优选的，所述透气膜的厚度为20-100μm。

进一步优选的，所述透气膜可选用烷基烯烃高分子，烯酰胺类高分子，烯基类高分子，硅氧烷高分子，聚氨酯类高分子，异戊烯-苯乙烯均聚物类高分子中的一种或几种材料制造

进一步优选的，所述透气膜具有较好的弹性，可以承受1-2bar的正向及反向压力。

进一步优选的，所述透气膜具有较好的透气性，透氧速率大于2x105cm

优选的，所述壳体的内壁上设置有若干条竖直的挡板，所述挡板沿壳体中轴线圆周均布分布。挡板用于在搅拌或摇动时增加剪切力，促进细胞分布均匀。

优选的，所述通气装置为通气口，所述通气口与壳体一体成型，所述通气口上设置有PTFE膜。PTFE膜可以过滤空气中的杂质，提升细胞培养的效果。

优选的，所述通气装置为PTFE过滤器，所述PTFE过滤器通过接口与壳体的顶部连接。PTFE过滤器可以过滤空气中的杂质，提升细胞培养的效果。

优选的，还包括正压装置、负压装置和控制器，所述悬浮型细胞培养单元的上方或下方通过管道与正压装置和负压装置连接，所述控制器与正压装置和负压装置电性连接。控制器用于控制正压装置和负压装置的启动，在壳体内提供正压或负压，使透气膜在正压或负压的作用下交替形成向上和向下的圆弧型，引起透气膜上部培养空间的体积变化，上部空气通过通气装置与外部进行气体交换。

还提供了一种悬浮型细胞培养装置，包括悬浮型细胞培养单元，所述悬浮型细胞培养单元有2个，分别为一级悬浮型细胞培养单元和二级悬浮型培养单元，所述一级悬浮型细胞培养单元中的收获口通过第一连接管与二级悬浮型细胞培养单元中的换液口相连接，所述第一连接管上设置有第一蠕动泵，所述二级悬浮型细胞培养单元的收获口通过第二连接管与收获容器相连接，所述第二连接管上设置有第二蠕动泵。悬浮型细胞培养装置可以实现多级放大培养。

进一步优选的，所述收获容器可以是储液袋或储液瓶。

还提供了一种悬浮型细胞培养系统，包括悬浮型细胞培养装置，还包括接种瓶和储液装置，所述接种瓶和储液装置与一级悬浮型细胞培养单元中的换液口通过换液管相连接，所述换液管上设置有第三蠕动泵，所述储液装置设置有两个。储液装置用于放置废弃培养液和存放新的培养液。

进一步优选的，所述储液装置可以采用能控制温度、溶氧、pH参数的发酵罐。

有益效果：

1、本发明提供了一种悬浮型细胞培养单元、装置及系统，将静置培养技术与动态培养技术有机结合起来，可以在大规模悬浮型细胞培养过程中提供足够的空气供细胞呼吸，结构简单，使用方便。

2、现有技术中的悬浮型细胞培养单元内难以提供足够的空气供细胞呼吸，空气不足会时细胞生长缓慢或死亡。本发明通过设置透气膜、正压装置和负压装置，正压装置和负压装置周期性交替提供正压和负压，改变壳体内的压力。负压装置启动时，透气膜因为弹性形成一个向下的圆弧形，使壳体内部空间变大，压力变小，外部空气可以从透气装置进入壳体内部，同时因为透气膜的透气性使培养液中的空气加速透过透气膜排放到透气膜下方；正压装置启动时，透气膜形成一个向上的圆弧形，使壳体内部空间变小，压力变大，因为透气膜的透气性，同时壳体内部上方的空气从透气装置排出。通过透气膜、正压装置和负压装置的共同作用使细胞培养单元内的空气进行更换，稳定的提供新鲜空气，同时可以加速空气在培养液中的溶解或扩散速度，使培养液中的空气进行快速更换。

3、悬浮型细胞培养需要使细胞悬浮在培养液中，培养时不断或间歇式搅拌或震荡悬浮型细胞培养单元，使细胞均匀的悬浮在培养液中。壳体内壁均匀设置有挡板，在搅拌或摇动时增加横向剪切力，促进细胞分布均匀，防止细胞粘在壳体内壁上。透气膜在正压装置和负压装置的作用下进行上下周期性振动，防止细胞沉淀在透气膜上。挡板与透气膜的共同作用下使细胞不会粘在壳体内壁上也不会沉淀在透气膜上，使细胞分布更均匀并不断运动，提升细胞培养的效果。

4、透气膜的上表面为光滑的疏水表面，透气膜的下表面设置有网格状的加强筋，透气膜边缘带有台阶状的密封结构。透气膜的疏水表面可以拦截住培养液但是可以使气体透过，密封结构可以防止培养液从透气膜边缘渗透，并使气体只能从透气膜中穿过；网格状的加强筋可以提升透气膜的抗压能力，使透气膜可以抵抗正压装置和负压装置带来的压力变化，防止透气膜破裂，同时不影响透气膜的透气性，

5、悬浮型细胞培养装置可以进行多级放大培养，悬浮型细胞培养系统可以提供稳定换液，细胞培养过程稳定高效，适合大规模的悬浮型细胞培养。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明提供的一种悬浮型细胞培养单元的一个实施例的结构示意图。

图2为本发明提供的一种悬浮型细胞培养单元的一个实施例的剖视图。

图3为本发明提供的一种悬浮型细胞培养单元的一个实施例的透气膜加强筋示意图。

图4为本发明提供的一种悬浮型细胞培养装置的一个实施例的连接示意图。

图5为本发明提供的一种悬浮型细胞培养系统的一个实施例的连接示意图。

图中：1-壳体,2-支撑座,3-透气膜,31-加强筋，4-通气装置,5-换液口,51-第一软管，6-收获口,61-第二软管，7-挡板,8-正压装置,9-负压装置,10-控制器,11-一级悬浮型细胞培养单元,12-二级悬浮型细胞培养单元,13-第一连接管,14-第一蠕动泵,15-第二连接管,16-第二蠕动泵,17-收获容器,18-接种瓶,19-换液管,20-第三蠕动泵,21-第一储液装置,22-第二储液装置。

具体实施方式

参选以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可更容易地理解本发明的内容。除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。

实施例1：

本发明提供了如图1-5所示的一种悬浮型细胞培养单元、装置及系统，包括：壳体1，壳体1为聚碳酸酯的透明材料，壳体1底部设置有支撑座2，支撑座2上设置有透气膜3，透气膜3与壳体1的内部连接，壳体1的顶部设置有通气装置4，换液口5和收获口6，换液口5内连接有第一软管51，第一软管51在壳体1内部向下延伸至透气膜3上方4cm处，收获口6内连接与第二软管61，第二软管61在壳体1内部向下延伸至透气膜3的上表面

透气膜3的上表面为光滑的疏水表面，透气膜3的下表面设置有网格状的加强筋31。加强筋31与透气膜3一体成型。透气膜3边缘带有台阶状的密封结构。透气膜3的厚度为50μm。

透气膜3为烷基烯烃高分子材料，具有较好的弹性，可以承受1-2bar的正向及反向压力；具有较好的透气性，透氧速率大于2x105cm3/m2*24h，二氧化碳透过速率大于106cm3/m2*24h。

壳体1的内壁上设置有若干条竖直的挡板7，挡板7沿壳体1中轴线圆周均布分布。

通气装置4为通气口，通气口与壳体一体成型，通气口上设置有PTFE膜。

在另一种实施例中，通气装置4为PTFE过滤器，PTFE过滤器通过接口与壳体1的顶部连接。

还包括正压装置8、负压装置9和控制器10，悬浮型细胞培养单元的上方或下方通过管道与正压装置8和负压装置9连接，控制器10与正压装置8和负压装置9电性连接。控制器10控制正压装置8和负压装置9进行周期性的交替启动，在壳体1内提供正压或负压，负压装置9启动时，透气膜3因为弹性形成一个向下的圆弧形，使壳体1内部空间变大，压力变小，外部空气可以从透气装置进入壳体1内部，同时因为透气膜3的透气性使培养液中的空气加速透过透气膜扩散至外部；正压装置8启动时，透气膜3形成一个向上的圆弧形，使壳体1内部空间变小，压力变大，因为透气膜3的透气性使外部空气加速透过透气膜扩散至培养基，同时上部空气从透气装置排出。

还提供了一种悬浮型细胞培养装置，包括悬浮型细胞培养单元，悬浮型细胞培养单元有2个，分别为一级悬浮型细胞培养单元11和二级悬浮型培养单元12，一级悬浮型细胞培养单元11中的收获口6通过第一连接管13与二级悬浮型细胞培养单元中的换液口5相连接，第一连接管13上设置有第一蠕动泵14，二级悬浮型细胞培养单元的收获口6通过第二连接管15与收获容器17相连接，第二连接管15上设置有第二蠕动泵16。悬浮型细胞培养装置可以实现多级放大培养。

还提供了一种悬浮型细胞培养系统，包括悬浮型细胞培养装置，还包括接种瓶18和储液装置，接种瓶18和储液装置与一级悬浮型细胞培养单元11中的换液口5通过换液管19相连接，换液管19上设置有第三蠕动泵20，储液装置设置有两个，分别为第一储液装置21和第二储液装置22，第一储液装置21用于收集废弃培养液，第二储液装置22用于存放新的培养液。

工作原理：将一级悬浮型细胞培养单元11的换液口5与接种瓶18连接，通过接种瓶18在一级悬浮型细胞培养单元11中加入待培养的细胞和培养液，关闭一级悬浮型细胞培养单元11上的收获口6和换液口5。

通过控制器10控制正压装置8和负压装置9进行周期性的交替启动，在壳体内提供正压或负压，负压装置9启动时，透气膜3因为弹性形成一个向下的圆弧形，使壳体1内部空间变大，压力变小，外部空气可以从透气装置进入壳体1内部，同时因为透气膜3的透气性使培养液中的空气加速透过透气膜扩散至外部；正压装置8启动时，透气膜3形成一个向上的圆弧形，使壳体1内部空间变小，压力变大，因为透气膜3的透气性使外部空气加速透过透气膜扩散至培养基，同时上部空气从透气装置排出，实现一级培养单元内的空气更新。

需要换液时，静置一端时间，将一级悬浮型细胞培养单元11的换液口5与第一储液装置21连接，启动第三蠕动泵20，第一软管51将一级悬浮型细胞培养单元11内上方的清液吸取至第一储液装置21中；然后将一级悬浮型细胞培养单元11的换液口5与第二储液装置22连接，启动第三蠕动泵20，将新的培养液加入到一级悬浮型细胞培养单元11中。

一级悬浮型细胞培养单元11的细胞密度达到一定规模后，将一级悬浮型细胞培养单元11收获口6与二级悬浮型细胞培养单元换液口5连接，通过第一蠕动泵14将一级悬浮型细胞培养单元11中的细胞全部转移至二级悬浮型细胞培养单元，在二级悬浮型细胞培养单元中进行培养。二级悬浮型细胞培养单元培养完成后将二级悬浮型细胞培养单元的收获口6与收获容器17连接，启动第二蠕动泵16收集培养后的细胞及培养液。