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1、(10)授权公告号 CN 202786259 U (45)授权公告日 2013.03.13 CN 202786259 U *CN202786259U* (21)申请号 201220514805.4 (22)申请日 2012.09.29 C12M 3/00(2006.01) C12M 1/02(2006.01) (73)专利权人 北京清大天一科技有限公司 地址 102200 北京市昌平区科技园区白浮泉 路 11 号 (72)发明人 王建超 陈晨晨 李胜杰 (74)专利代理机构 北京银龙知识产权代理有限 公司 11243 代理人 许静 黄灿 (54) 实用新型名称 生物反应器 (57) 摘要 本实。
2、用新型提供了一种生物反应器， 包括罐 体和设置于所述罐体底部的机械搅拌装置 ； 所述 机械搅拌装置包括 ： 位于所述罐体外部的传动装 置， 固定于所述罐体的底部 ； 在所述传动装置驱 动下转动的搅拌轴， 与所述传动装置传动连接， 并 自所述罐体的底部穿入所述罐体内 ； 以及， 在所 述搅拌轴带动下进行搅拌的搅拌器， 设置于所述 罐体内部， 与所述搅拌轴连接。 本实用新型的生物 反应器中， 在罐体底部设置机械搅拌装置， 结构稳 定可靠， 可适用于大规模培养细胞， 且能实现良好 的混合和传质效果。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家。
3、知识产权局 (12)实用新型专利 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 1/1 页 2 1. 一种生物反应器， 其特征在于， 包括罐体和设置于所述罐体底部的机械搅拌装置 ； 所述机械搅拌装置包括 ： 位于所述罐体外部的传动装置， 固定于所述罐体的底部 ； 在所述传动装置驱动下转动的搅拌轴， 与所述传动装置传动连接， 并自所述罐体的底 部穿入所述罐体内 ； 以及， 在所述搅拌轴带动下进行搅拌的搅拌器， 设置于所述罐体内部， 与所述搅拌轴连接。 2. 根据权利要求 1 所述的生物反应器， 其特征在于 ： 所述搅拌器包括至少两组搅拌桨， 至少两组搅拌桨包括 ： 能够在所述搅拌轴带动下进行。
4、搅拌的上搅拌桨， 连接于所述搅拌轴上 ； 能够在所述搅拌轴带动下进行搅拌的下搅拌桨， 连接于所述搅拌轴上， 并位于所述上 搅拌桨的下方。 3. 根据权利要求 2 所述的生物反应器， 其特征在于 ： 所述上搅拌桨为能够在所述搅拌 轴转动时进行搅拌以产生轴向液流的搅拌桨。 4. 根据权利要求 3 所述的生物反应器， 其特征在于 ： 所述上搅拌桨的外径为所述罐体 的内径的 30%50%。 5. 根据权利要求 2 所述的生物反应器， 其特征在于 ： 所述下搅拌桨为能够在所述搅拌 轴转动时进行搅拌以产生径向液流的搅拌桨。 6. 根据权利要求 5 所述的生物反应器， 其特征在于 ： 所述下搅拌桨的外径为所。
5、述罐体 的内径的 30%50%。 7. 根据权利要求 1 所述的生物反应器， 其特征在于 ： 所述搅拌轴的长度为所述罐体的 高度的 40%50%。 8. 根据权利要求 2 所述的生物反应器， 其特征在于 ： 所述上搅拌桨与所述下搅拌桨之 间的距离为所述罐体的高度的 20%30%。 9. 根据权利要求 1 所述的生物反应器， 其特征在于， 所述传动装置包括 ： 驱动电机 ； 与所述驱动电机传动连接的减速器， 与所述搅拌轴通过联轴器传动连接 ； 以及， 用于将所述驱动电机和所述减速器固定在所述罐体底部的固定支架。 10. 根据权利要求 1 所述的生物反应器， 其特征在于 ： 所述罐体的底部开设用于。
6、供所述搅拌轴穿过的穿孔 ； 所述搅拌轴穿过所述穿孔穿入所述罐体内， 在所述搅拌轴与所述罐体的底部的穿孔之 间设置有机械密封。 11. 根据权利要求 1 至 10 任一项所述的生物反应器， 其特征在于 ： 所述机械搅拌装置 设置于所述罐体底部的中心位置。 权 利 要 求 书 CN 202786259 U 2 1/4 页 3 生物反应器 技术领域 0001 本实用新型涉及一种生物反应器， 尤其是一种具有机械搅拌装置的生物反应器， 属于细胞培养技术领域。 背景技术 0002 生物反应器是大规模动物细胞培养的核心设备。动物细胞培养用生物反应器的 种类繁多， 可按细胞培养方式 （贴壁培养或悬浮培养） 、。
7、 反应器操作模式 （分批培养或连续培 养） 、 液体存在相 （均相或非均相） 、 反应器的几何特征 （流动形态和接触方式） 等划分为不同 的类别。较为常用的动物细胞培养用生物反应器有 ： 搅拌式生物反应器、 气升式生物反应 器、 固定床和流化床生物反应器及一次性生物反应器。 其中， 搅拌式生物反应器由于其应用 范围广、 操作控制简单、 规模放大容易等特点， 应用最为广泛， 是生物制品行业中的主流生 产设备。 0003 动物细胞培养用生物反应器中的搅拌装置的主要功能是使罐体内物料混合良好， 液体中的固形物料保持悬浮状态， 从而使细胞与营养物质充分接触， 并有利于气液接触界 面， 还可以增加热传递。
8、以满足温度的自动控制。 因此， 搅拌装置对于细胞生长具有较重要影 响。 0004 现有的搅拌式生物反应器中的搅拌装置通常分为机械搅拌装置或磁力搅拌装置。 而现有的机械搅拌装置都是采用安装于罐体顶部的顶部机械搅拌装置， 这种顶部机械搅拌 装置包括位于罐体顶部的传动装置、 位于罐体内部的搅拌器、 以及贯穿于罐体内外的搅拌 轴， 一般搅拌轴与罐体之间的间隙采用机械密封进行密封。这种顶部机械搅拌装置的搅拌 效果较好， 可实现良好的混合和传质效果， 但是， 当生物反应器体积较大时， 为实现搅拌效 果， 搅拌轴的长度需相应增加， 较长的搅拌轴具有不稳定、 易于晃动等缺点， 增加了搅拌装 置结构的不稳定性 。
9、； 现有的磁力搅拌系统包括磁力驱动装置、 以及轴承和搅拌叶轮等， 磁力 驱动装置通过磁力驱动轴承转动， 应用磁力搅拌系统， 罐体外的驱动装置与罐体内的搅拌 叶轮等搅拌装置之间无需通过轴连接， 罐体可实现完全密封， 减少了动物细胞培养物的污 染和安全隐患， 但是由于搅拌叶轮只能设置于罐体底部， 且只能设置一个搅拌叶轮， 当生物 反应器体积较大， 培养体积较大时， 搅拌效果不佳， 难以实现所需的混合和传质效果， 此外， 当培养体积较大时， 叶轮规格相应增大， 所需磁力相应增大， 对动物细胞可能会有所影响。 实用新型内容 0005 针对上述大规模生物反应器的细胞培养中， 采用顶部机械搅拌装置不稳定，。
10、 磁力 搅拌搅拌装置的搅拌效果难以满足需求的问题， 本实用新型提供一种生物反应器， 其在罐 体底部安装机械搅拌装置， 可实现大规模培养所需良好的混合和传质效果， 同时， 结构稳定 可靠。 0006 本实用新型所提供的技术方案为 ： 0007 一种生物反应器， 包括罐体和设置于所述罐体底部的机械搅拌装置 ； 所述机械搅 说 明 书 CN 202786259 U 3 2/4 页 4 拌装置包括 ： 0008 位于所述罐体外部的传动装置， 固定于所述罐体的底部 ； 0009 在所述传动装置驱动下转动的搅拌轴， 与所述传动装置传动连接， 并自所述罐体 的底部穿入所述罐体内 ； 以及， 0010 在所述。
11、搅拌轴带动下进行搅拌的搅拌器， 设置于所述罐体内部， 与所述搅拌轴连 接。 0011 进一步的， 所述搅拌器为推进式搅拌器、 桨式搅拌器、 旋桨式搅拌器、 涡轮式搅拌 器、 锚式搅拌器、 螺带式搅拌器中的至少一种。 0012 进一步的， 所述搅拌器包括至少两组搅拌桨， 至少两组搅拌桨包括 ： 0013 能够在所述搅拌轴带动下进行搅拌的上搅拌桨， 连接于所述搅拌轴上 ； 0014 能够在所述搅拌轴带动下进行搅拌的下搅拌桨， 连接于所述搅拌轴上， 并位于所 述上搅拌桨的下方。 0015 进一步的， 所述上搅拌桨为能够在所述搅拌轴转动时进行搅拌以产生轴向液流的 搅拌桨。 0016 进一步的， 所述上。
12、搅拌桨的外径为所述罐体的内径的 30%50%。 0017 进一步的， 所述下搅拌桨为能够在所述搅拌轴转动时进行搅拌以产生径向液流的 搅拌桨。 0018 进一步的， 所述下搅拌桨的外径为所述罐体的内径的 30%50%。 0019 进一步的， 所述搅拌轴的长度为所述罐体的高度的 40%50%。 0020 所述上搅拌桨与所述下搅拌桨之间的距离为所述罐体的高度的 20%30%。 0021 进一步的， 所述传动装置包括 ： 0022 驱动电机 ； 0023 与所述驱动电机传动连接的减速器， 与所述搅拌轴通过联轴器传动连接 ； 0024 以及， 用于将所述驱动电机和所述减速器固定在所述罐体底部的固定支架。。
13、 0025 进一步的， 所述罐体的底部开设用于供所述搅拌轴穿过的穿孔 ； 0026 所述搅拌轴穿过所述穿孔穿入所述罐体内， 在所述搅拌轴与所述罐体的底部的穿 孔之间设置有机械密封。 0027 进一步的， 所述机械搅拌装置设置于所述罐体底部的中心位置。 0028 本实用新型的有益效果为 ： 0029 本实用新型的生物反应器中， 在罐体底部设置机械搅拌装置， 结构稳定可靠， 可适 用于大规模培养细胞， 且能实现良好的混合和传质效果。 0030 在本实用新型的进一步技术方案中， 本实用新型的生物反应器通过对罐体内的搅 拌器优化改进， 可实现更好的混合和传质效果。 附图说明 0031 图 1 表示本实。
14、用新型的生物反应器的结构示意图。 具体实施方式 0032 以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述， 所举实例只用于解释本实用 说 明 书 CN 202786259 U 4 3/4 页 5 新型， 并非用于限定本实用新型的范围。 0033 现有技术中， 大规模动物细胞培养时， 生物反应器采用顶部机械搅拌装置不稳定， 磁力搅拌搅拌装置搅拌效果难以满足需求， 为了解决上述问题， 如图 1 所示， 本实用新型提 供了一种生物反应器， 包括罐体 100 和设置于罐体 100 底部的机械搅拌装置。该机械搅拌 装置包括 ： 0034 位于罐体 100 外部的传动装置 200， 固定于罐体 100 的底。
15、部 ； 0035 在传动装置 200 驱动下转动的搅拌轴 300， 与传动装置 200 传动连接， 并自罐体 100 的底部穿入罐体 100 内 ； 以及， 0036 在搅拌轴 300 带动下进行搅拌的搅拌器， 设置于罐体 100 内部， 与搅拌轴 300 连 接。 0037 本实用新型的生物反应器将机械搅拌装置设置于罐体 100 的底部， 当需要大规模 细胞培养， 罐体 100 体积较大时， 相较于将机械搅拌装置设置于顶部时必须增加搅拌轴 300 长度而导致不稳定的情况来说， 搅拌轴 300 无需增加长度也能达到良好的混合和传质效 果， 更适用于大规模细胞培养。 0038 本实施例中， 搅拌。
16、器的类型可以选用推进式搅拌器、 桨式搅拌器、 旋桨式搅拌器、 涡轮式搅拌器、 锚式搅拌器、 螺带式搅拌器等常见的搅拌器类型。 0039 本实施例中， 为了达到良好的混合和传质效果， 适应大规模的动物细胞培养， 优选 的， 如图 1 所示， 该生物反应器中所采用的搅拌器包括连接在搅拌轴 300 上的两组搅拌桨， 分别为能够在搅拌轴 300 带动下进行搅拌的上搅拌桨 400 和能够在搅拌轴 300 带动下进行 搅拌的下搅拌桨 500， 其中， 下搅拌桨 500 位于上搅拌桨 400 的下方。 0040 当然可以理解的是， 本实施例中生物反应器中的搅拌器采用了上、 下两组搅拌桨， 这仅是一种能达到最。
17、优混合和传质效果的技术方案， 但本实用新型并不是对搅拌器的结构 进行限制， 在实际应用中， 搅拌器中搅拌桨还可以为一组或两组以上， 如采用自上而下连接 在搅拌轴 300 上的三组搅拌桨等。 0041 为了进一步达到更好的混合和传质效果， 本实施例中， 优选的， 如图 1 所示， 上搅 拌桨 400 采用斜叶搅拌桨 ； 下搅拌桨 500 采用平直叶搅拌桨。 0042 其中， 斜叶搅拌桨能够在随搅拌轴 300 转动时进行搅拌， 而产生轴向液流 ； 而平直 叶搅拌桨能够在随搅拌轴 300 转动时进行搅拌， 而产生径向液流， 从而， 使得罐体 100 内液 体在罐体 100 内形成一个流动场， 达到良。
18、好的混合和传质效果。 0043 当然可以理解的是， 本实施例中生物反应器的上搅拌桨 400 采用斜叶搅拌桨， 下 搅拌桨 500 采用平直叶搅拌桨， 仅是一种能达到最优混合和传质效果的技术方案， 但本实 用新型并不是对上搅拌桨 400 和下搅拌桨 500 的类型进行限制， 在实际应用中， 上搅拌桨 400 和下搅拌桨 500 所选用的搅拌桨类型可以进行调整。 0044 此外， 为了适应大规模细胞培养， 上搅拌桨400、 下搅拌桨500以及搅拌轴300的装 配尺寸可以根据罐体 100 的体积尺寸等进行适应调整， 获得更好的混合和传质效果， 本实 施例中， 还提供了一种上搅拌桨 400、 下搅拌桨。
19、 500 与罐体 100 的体积尺寸之间的优选装配 方案 ： 上搅拌桨 400 和下搅拌桨 500 的外径为罐体 100 的内径的 30%50% ； 上搅拌桨 400 与 下搅拌桨 500 之间的距离为罐体 100 的高度的 20%30% ； 搅拌轴 300 的长度为罐体 100 的 高度的 4050%。 说 明 书 CN 202786259 U 5 4/4 页 6 0045 此外， 本实施例中， 传动装置200主要包括驱动电机201、 减速器202、 固定支架203 和轴承 205 等， 其中， 驱动电机 201 用于为搅拌轴 300 提供驱动动力 ； 减速器 202 与驱动电 机 201 。
20、连接， 用于降低转速， 增加转矩 ； 驱动电机 201 和减速器 202 固定在固定支架 203 上， 固定支架 203 用于将驱动电机 201 和减速器 202 固定在罐体 100 的底部 ； 搅拌轴 300 的下 端通过联轴器 204 与减速器 202 的输出轴连接， 以在减速器 202 带动下转动， 联轴器 204 可 以起到缓冲、 减震等作用， 且更方便于拆卸。 0046 此外， 本实施例中， 优选的， 机械搅拌装置是设置于罐体 100 底部的中心位置， 搅 拌轴 300 贯穿于罐体 100 底部中心， 搅拌轴 300 连接的上、 下搅拌桨 500 也均位于罐体 100 底部中心位置，。
21、 以保证罐体 100 内搅拌混合均匀。 0047 本实施例， 优选的， 在罐体 100 底部中心开设用于供搅拌轴 300 穿过的穿孔， 搅拌 轴 300 穿过该穿孔而穿入至罐体 100 内， 在搅拌轴 300 与穿孔之间采用机械密封 600 进行 密封， 以防止罐体 100 内液体流出， 减少罐体 100 内动物细胞培养物的污染和安全隐患。这 种机械密封 600 可以是目前已知的机械密封结构。 0048 此外， 还需要说明的是， 本实施例中， 在罐体 100 的内壁上与搅拌器相对应的位置 可以设置若干挡板700， 用于与搅拌器配合， 使得罐体100内液体在罐体100内形成流动场， 达到良好的混合和传质效果。 挡板700的数量和尺寸由罐体100的尺寸决定， 一般挡板700 数量为 24 块。 0049 以上所述是本实用新型的优选实施方式， 应当指出， 对于本技术领域的普通技术 人员来说， 在不脱离本实用新型所述原理的前提下， 还可以作出若干改进和润饰， 这些改进 和润饰也应视为本实用新型的保护范围。 说 明 书 CN 202786259 U 6 1/1 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 202786259 U 7 。