本發(fā)明涉及生物學(xué)，特別是涉及生物反應(yīng)裝置及生物培養(yǎng)方法。
背景技術(shù)：
1、細(xì)胞培養(yǎng)是指在體外模擬體內(nèi)環(huán)境，使細(xì)胞存活、生長(zhǎng)并維持特定功能的技術(shù)，其廣泛應(yīng)用于細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)等領(lǐng)域。其中，氣體環(huán)境是細(xì)胞培養(yǎng)中不可忽視的關(guān)鍵因素，不同氣體的濃度及相互作用會(huì)影響細(xì)胞代謝、增值、分化及功能狀態(tài)。
2、在現(xiàn)有技術(shù)中，通常在細(xì)胞培養(yǎng)容器的底部設(shè)置爆氣盤來(lái)產(chǎn)生氣泡，為細(xì)胞增長(zhǎng)提供所需氣體。然而，氣泡在進(jìn)入容器的培養(yǎng)液中懸浮并和細(xì)胞進(jìn)行氣體交換時(shí)，氣泡會(huì)反復(fù)破裂與聚合，并在這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力。機(jī)械應(yīng)力會(huì)損傷細(xì)胞、甚至導(dǎo)致培養(yǎng)液中的細(xì)胞死亡，降低了細(xì)胞的存活率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明實(shí)施例提供的生物反應(yīng)裝置及生物培養(yǎng)方法，至少解決現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)爆氣盤產(chǎn)生氣泡來(lái)進(jìn)行氣體交換時(shí)，氣泡破裂產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，降低培養(yǎng)對(duì)象存活率的問(wèn)題，通過(guò)氣體交換器產(chǎn)生附著氣泡，由附著氣泡與生物培養(yǎng)液進(jìn)行氣體交換，有效降低機(jī)械應(yīng)力，提高培養(yǎng)對(duì)象的存活率。
2、第一方面，本發(fā)明提供了一種生物反應(yīng)裝置，包括容器，用于設(shè)置生物培養(yǎng)液；氣體交換器，至少部分設(shè)置在所述容器內(nèi)；所述氣體交換器包括用于浸沒(méi)在所述生物培養(yǎng)液中的氣體交換部，所述氣體交換部上設(shè)置有多個(gè)交換孔；所述氣體交換器被配置為流通目標(biāo)氣體，并控制所述生物培養(yǎng)液的液壓小于所述目標(biāo)氣體的氣壓，以使所述目標(biāo)氣體穿過(guò)所述交換孔，在所述交換孔的孔口外壁上形成附著氣泡，所述附著氣泡用于與所述生物培養(yǎng)液進(jìn)行氣體交換；其中，所述目標(biāo)氣體的氣壓與所述生物培養(yǎng)液的液壓之間的壓力差滿足關(guān)系式，。
3、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述容器的頂端面上設(shè)置有進(jìn)氣接頭和出氣接頭，所述進(jìn)氣接頭和所述出氣接頭均與所述容器密封連接；所述氣體交換器還包括第一連接部和第二連接部，所述第一連接部分別連通所述氣體交換部和所述進(jìn)氣接頭，所述第二連接部分別連通所述氣體交換部和所述出氣接頭。
4、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，還包括供氣件，所述供氣件連接所述進(jìn)氣接頭，所述供氣件用于向所述氣體交換器內(nèi)通入所述目標(biāo)氣體；或/和，還包括調(diào)壓件，所述調(diào)壓件連接所述出氣接頭，所述調(diào)壓件用于控制所述目標(biāo)氣體的氣壓。
5、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，包括以下特征中的至少一項(xiàng)：所述氣體交換器設(shè)置為交換管，所述交換管的壁厚滿足關(guān)系式，；所述交換孔的孔徑滿足關(guān)系式，；所述交換孔在所述氣體交換器上的開孔率滿足關(guān)系式，。
6、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述容器的底部設(shè)置有固定器，所述固定器連接所述容器，所述固定器上設(shè)置有固定卡槽，所述固定卡槽設(shè)置為盤繞狀結(jié)構(gòu)；所述氣體交換部包括盤繞段，所述盤繞段設(shè)置在所述固定卡槽內(nèi)。
7、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述容器的內(nèi)側(cè)壁設(shè)置有多個(gè)依次間隔排布的固定件；所述氣體交換部還包括進(jìn)氣段和出氣段，所述進(jìn)氣段、所述盤繞段和所述出氣段依次連通；所述進(jìn)氣段和所述出氣段并列設(shè)置，且所述進(jìn)氣段和所述出氣段均與所述固定件相連接。
8、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述固定器包括相對(duì)設(shè)置的第一固定面和第二固定面，所述第一固定面上設(shè)置有所述固定卡槽，所述第二固定面上設(shè)置有第一卡接件；所述容器的底部設(shè)置有出液接頭，所述出液接頭靠近所述固定器的一側(cè)設(shè)置有第二卡接件，所述第二卡接件與所述第一卡接件卡接連接。
9、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第二固定面上還設(shè)置有避讓孔，所述避讓孔貫穿至所述第一固定面，所述固定卡槽盤繞設(shè)置在所述避讓孔的孔口的外側(cè)；所述第一卡接件包括多個(gè)第一卡塊，沿所述避讓孔的周向，多個(gè)所述第一卡塊依次間隔設(shè)置，每個(gè)所述第一卡塊上均設(shè)置有第一卡接鉤；所述出液接頭上還設(shè)置有第三卡接件，至少部分的所述第三卡接件設(shè)置在所述避讓孔內(nèi)，所述第三卡接件上設(shè)置有容置孔，以及設(shè)置在所述容置孔外側(cè)的第二卡接鉤；所述第二卡接件環(huán)繞設(shè)置在所述第三卡接件的外側(cè)，所述第二卡接件上設(shè)置有第一卡接槽和多個(gè)第二卡塊，所述第一卡接槽與所述第一卡接鉤卡接連接，每個(gè)所述第二卡塊分別設(shè)置在相鄰兩個(gè)所述第一卡塊之間，并與所述第一卡塊卡接連接；所述容器內(nèi)還設(shè)置有攪拌器，所述攪拌器包括攪拌軸，以及設(shè)置在所述攪拌軸上的攪拌槳；所述攪拌軸包括第一端，所述第一端設(shè)置在所述容置孔內(nèi)，所述第一端的側(cè)壁上設(shè)置有第二卡接槽，所述第二卡接槽與所述第二卡接鉤卡接連接。
10、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述氣體交換器設(shè)置為聚四氟乙烯管。
11、第二方面，本發(fā)明還提供一種生物培養(yǎng)方法，應(yīng)用于如上述任意一項(xiàng)所述的生物反應(yīng)裝置，包括步驟：將生物培養(yǎng)液及目標(biāo)培養(yǎng)對(duì)象設(shè)置在容器內(nèi)；其中，所述容器內(nèi)設(shè)置有至少部分的氣體交換器，所述氣體交換器包括浸沒(méi)在所述生物培養(yǎng)液中的氣體交換部，所述氣體交換部上設(shè)置有多個(gè)交換孔；將目標(biāo)氣體通入所述氣體交換器，控制所述生物培養(yǎng)液的液壓小于所述目標(biāo)氣體的氣壓，以使所述目標(biāo)氣體穿過(guò)所述交換孔，在所述交換孔的孔口外壁上形成附著氣泡；其中，所述目標(biāo)氣體的氣壓與所述生物培養(yǎng)液的液壓之間的壓力差滿足關(guān)系式，；所述附著氣泡與所述生物培養(yǎng)液進(jìn)行氣體交換，實(shí)現(xiàn)生物培養(yǎng)。
12、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述氣體交換器設(shè)置為交換管；在將目標(biāo)氣體通入所述氣體交換器之前，還包括步驟：根據(jù)所述交換管的參數(shù)，以及所述目標(biāo)氣體的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得到壓力差；其中，所述交換管的參數(shù)包括所述交換管的壁厚、所述交換孔的孔徑和所述交換孔在所述氣體交換器上的開孔率；所述目標(biāo)氣體的參數(shù)包括所述目標(biāo)氣體的氣體粘度和氣體流速；根據(jù)所述壓力差，以及所述生物培養(yǎng)液的液壓進(jìn)行計(jì)算，得到目標(biāo)壓力范圍；其中，所述目標(biāo)氣體在所述目標(biāo)壓力范圍的情況下，使所述目標(biāo)氣體穿過(guò)所述交換孔，在所述交換孔的孔口外壁上形成附著氣泡。
13、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)所述交換管的參數(shù)，以及所述目標(biāo)氣體的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得到壓力差，表示為：，其中，為所述壓力差，為所述氣體粘度，為所述氣體流速，為所述壁厚，為科曾尼-卡曼常數(shù)，為所述開孔率，為所述孔徑。
14、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在將生物培養(yǎng)液及目標(biāo)培養(yǎng)對(duì)象設(shè)置在容器內(nèi)之前，還包括步驟：將聚四氟乙烯管沿自身軸向按照預(yù)設(shè)拉力拉伸，以使所述聚四氟乙烯管的管壁上形成所述交換孔，得到所述氣體交換器。
15、本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果：
16、本發(fā)明所述的生物反應(yīng)裝置，通過(guò)設(shè)置容器和氣體交換器，在氣體交換器的交換孔的孔口外壁上形成附著氣泡，由附著氣泡與生物培養(yǎng)液進(jìn)行氣體交換。相較于現(xiàn)有技術(shù)中懸浮的氣泡而言，附著氣泡不會(huì)頻繁聚合分散而產(chǎn)生剪切力，有效減少目標(biāo)培養(yǎng)對(duì)象因剪切力而損失、死亡的數(shù)量，提高目標(biāo)培養(yǎng)對(duì)象的存活率。同時(shí)，附著氣泡保持附著而不會(huì)上浮，能夠?qū)崿F(xiàn)充分的氣體交換，有效提升生物培養(yǎng)液的含氣量，滿足目標(biāo)培養(yǎng)對(duì)象的耗氣量。最后，能夠通過(guò)控制目標(biāo)氣體的氣壓來(lái)調(diào)整通氣速率，靈活性更高。
1.一種生物反應(yīng)裝置，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物反應(yīng)裝置，其特征在于：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物反應(yīng)裝置，其特征在于：
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的生物反應(yīng)裝置，其特征在于，包括以下特征中的至少一項(xiàng)：
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的生物反應(yīng)裝置，其特征在于：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物反應(yīng)裝置，其特征在于：
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物反應(yīng)裝置，其特征在于：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的生物反應(yīng)裝置，其特征在于：
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物反應(yīng)裝置，其特征在于：
10.一種生物培養(yǎng)方法，應(yīng)用于如權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)所述的生物反應(yīng)裝置，其特征在于，包括步驟：
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的生物培養(yǎng)方法，其特征在于：
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的生物培養(yǎng)方法，其特征在于，根據(jù)所述交換管的參數(shù)，以及所述目標(biāo)氣體的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得到壓力差，表示為：
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的生物培養(yǎng)方法，其特征在于，在將生物培養(yǎng)液及目標(biāo)培養(yǎng)對(duì)象設(shè)置在容器內(nèi)之前，還包括步驟：