背景技術(shù)：

1、隨著攪拌罐生物反應器的大小增加，利用單個攪拌器在生物反應器中混合液體變得越來越困難。結(jié)果，難以為細胞培養(yǎng)物生長提供理想的環(huán)境。向細胞供應氧氣和清除溶解二氧化碳(dco2)(由細胞產(chǎn)生的代謝廢物)也更具挑戰(zhàn)性。需要更大的分布需求。通過減小氣泡大小，有可能減小分布需求，但是較小的氣泡對細胞施加的損害比較大的氣泡大，并且加重發(fā)泡問題。使細胞培養(yǎng)物適應較大的攪拌罐生物反應器的大多數(shù)常規(guī)措施最終損害細胞或增加成本，從而使放大生物反應器成為具有挑戰(zhàn)性的任務，并且限制生物反應器的可放大性。

2、氣升式生物反應器通常在微生物發(fā)酵中使用。在堅固的細胞壁的保護下，微生物可承受非常高的分布速率，并且實現(xiàn)快速生長和高培養(yǎng)密度。細胞培養(yǎng)中使用的細胞僅具有細胞膜來保護它們，并且不能經(jīng)受來自過度分布的高應力。為了實現(xiàn)高細胞密度，在仍然滿足傳質(zhì)和混合要求的同時使分布最小化是至關(guān)重要的。

3、已知氣升設計具有固有的低機械剪切和湍流，這對細胞健康是有益的。然而，為了增加細胞密度，需要更大量的分布空氣來供應氧氣和清除溶解二氧化碳。類似于攪拌罐設計，氣升式生物反應器中的氣體分布負面地影響細胞健康。當細胞密度增加時，高分布需求可能阻礙細胞生長或變得對細胞健康有害，從而為氣升式生物反應器中細胞密度可達到多高設定上限。

4、此外，氣升式生物反應器的性能很大程度上由其尺寸的幾何形狀和縱橫比決定。包括在氣升式生物反應器中的管與氣升式生物反應器的環(huán)空(annulus)之間的橫截面積的比以及管的直徑與高度比是可影響氣升式生物反應器的效率的兩個關(guān)鍵設計參數(shù)。

5、用作上升管(riser)或下降管(downcomer)的氣升式生物反應器的容積取決于操作模式，操作模式可為環(huán)狀分布的或管狀分布的。上升管典型地是主要被分布的容積(例如，分布區(qū)域)，而下降管通常是不被分布或被分布到較小程度的容積(例如，返回區(qū)域)。氣升式生物反應器中的混合時間和傳質(zhì)主要受上升管和下降管之間的氣含率的差異的影響。兩個容積之間的氣含率的差異產(chǎn)生密度上的差異，該密度上的差異生成與該差異成比例的用于液體移動的驅(qū)動力。上升管和下降管中的液體再循環(huán)速度影響氣升式生物反應器的整體混合和傳質(zhì)特性。

6、圖1圖示氣升式生物反應器的示例。氣升式生物反應器100包括具有高圓柱形形狀的容器101和內(nèi)管102。諸如空氣的氣體104可經(jīng)由分布器103分布在內(nèi)管102內(nèi)側(cè)。內(nèi)管102中的氣體-液體混合物比環(huán)狀空間中的液體輕，導致液體106在內(nèi)管102和環(huán)狀空間之間形成再循環(huán)回路。再循環(huán)流有效地攪動生物反應器100，從而消除對攪拌器的需要，并且大大降低成本和污染的風險?？諝饪上蚣毎鯕猓⑶胰芙舛趸?dco2)(由細胞產(chǎn)生的代謝廢物)可經(jīng)由排氣管105清除掉。

技術(shù)實現(xiàn)思路

技術(shù)特征：

1.一種生物反應器，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物反應器，其中，所述多個分布器中的第一分布器包括在所述第一分布區(qū)域中。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物反應器，其中，所述第一分布器是環(huán)狀分布器。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物反應器，其中，所述第一分布器是管狀分布器。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物反應器，其中，所述多個分布器包括多個環(huán)狀分布器和多個管狀分布器。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物反應器，其中，所述第一分布區(qū)域在所述生物反應器內(nèi)部，并且所述第一返回區(qū)域在所述生物反應器外部。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物反應器，其中，所述豎直循環(huán)回路具有圓柱形形狀、矩形形狀、三角形形狀、正方形形狀、五邊形形狀、六邊形形狀、七邊形形狀、八邊形形狀、九邊形形狀和/或十邊形形狀。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物反應器，其中，與所述第一豎直循環(huán)回路相關(guān)聯(lián)的形狀不同于至少一個或多個其它豎直循環(huán)回路。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物反應器，還包括一個或多個傳感器，所述一個或多個傳感器包括ph傳感器、溫度傳感器、溶解氧傳感器、溶解二氧化碳傳感器、生物電容傳感器、拉曼傳感器和/或近紅外傳感器中的至少一個。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物反應器，其中，所述控制器聯(lián)接到一個或多個傳感器并且配置成基于所述一個或多個傳感器的輸出來控制所述多個分布器。

11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物反應器，其中，將添加劑引入到包括在所述生物反應器中的液體。

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的生物反應器，其中，所述液體是與包括在所述生物反應器中的多個細胞相關(guān)聯(lián)的細胞培養(yǎng)基。

13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的生物反應器，其中，所述添加劑是接種劑、酸或堿。

14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的生物反應器，其中，所述控制器單獨地控制所述多個分布器中的一個或多個，以在所述生物反應器內(nèi)生成包括所述添加劑的水平液體流。

15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的生物反應器，其中，所述控制器配置成控制所述多個分布器中的第一分布器以第一速率分布所述液體，所述第一速率不同于與所述多個分布器中的一個或多個其它分布器相關(guān)聯(lián)的分布速率。

16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物反應器，其中，所述控制器配置成控制所述多個分布器在環(huán)狀分布模式和管狀分布模式之間切換。

17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物反應器，其中，所述第一分布區(qū)域包括在氣升管中。

18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物反應器，還包括容器，所述容器包括所述多個分布器和所述多個豎直循環(huán)回路。

19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的生物反應器，其中，所述容器的底部是平坦的。

20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的生物反應器，其中，所述容器的底部具有用于與所述多個豎直循環(huán)回路中的每個相關(guān)聯(lián)的氣升管的對應的凹形保持器。

21.一種氣升式生物反應器，包括：

22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的氣升式生物反應器，其中，所述第一氣體是氧氣，并且所述第二氣體是空氣、氮氣和二氧化碳的組合。

23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的氣升式生物反應器，其中，所述第一氣體是空氣、氮氣和二氧化碳的組合，并且所述第二氣體是氧氣。

24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的氣升式生物反應器，其中，所述第一分布區(qū)域在所述本體內(nèi)的內(nèi)管中，并且所述第二分布區(qū)域是所述本體和所述內(nèi)管之間的環(huán)狀空間。

25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的氣升式生物反應器，其中，與所述第二分布器相關(guān)聯(lián)的所述第二流率比與所述第一分布器相關(guān)聯(lián)的所述第一流率大。

26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的氣升式生物反應器，其中，與所述氣升式生物反應器相關(guān)聯(lián)的傳質(zhì)系數(shù)基于所述內(nèi)管和所述環(huán)狀空間之間的橫截面積的比。

27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的氣升式生物反應器，其中，與所述氣升式生物反應器相關(guān)聯(lián)的傳質(zhì)系數(shù)基于與所述內(nèi)管相關(guān)聯(lián)的直徑與高度比。

28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的氣升式生物反應器，其中，所述內(nèi)管是錐形的。

29.根據(jù)權(quán)利要求24所述的氣升式生物反應器，其中，所述內(nèi)管包括階梯變化。

30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的氣升式生物反應器，其中，所述階梯變化包括邊界部分。

31.根據(jù)權(quán)利要求21所述的氣升式生物反應器，還包括位于所述本體內(nèi)的內(nèi)管延伸器。

32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的氣升式生物反應器，其中，所述內(nèi)管延伸器構(gòu)造成漂浮在儲存在所述氣升式生物反應器的所述本體中的液體中。

33.根據(jù)權(quán)利要求21所述的氣升式生物反應器，其中，所述本體聯(lián)接到外部氣升管，其中，所述本體是所述第二分布區(qū)域，并且所述外部氣升管是所述第一分布區(qū)域。

34.根據(jù)權(quán)利要求21所述的氣升式生物反應器，其中，儲存在所述氣升式生物反應器的所述本體中的液體是與包括在所述氣升式生物反應器中的多個細胞相關(guān)聯(lián)的細胞培養(yǎng)基。

35.根據(jù)權(quán)利要求21所述的氣升式生物反應器，其中，所述氣升式生物反應器的高度與直徑的比在5-10之間。

36.根據(jù)權(quán)利要求21所述的氣升式生物反應器，其中，所述控制器配置成針對環(huán)狀分布主導模式來控制所述第一分布器和所述第二分布器。

37.根據(jù)權(quán)利要求21所述的氣升式生物反應器，其中，所述控制器配置成針對管狀分布主導模式來控制所述第一分布器和所述第二分布器。

38.根據(jù)權(quán)利要求21所述的氣升式生物反應器，還包括一個或多個傳感器。

39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的氣升式生物反應器，其中，所述一個或多個傳感器包括ph傳感器、溫度傳感器、溶解氧傳感器和/或溶解二氧化碳傳感器中的至少一個。

40.根據(jù)權(quán)利要求38所述的氣升式生物反應器，其中，所述控制器聯(lián)接到所述一個或多個傳感器并且配置成基于所述一個或多個傳感器的輸出來控制所述第一分布器和所述第二分布器。

技術(shù)總結(jié)
一種生物反應器包括多個分布器和多個豎直循環(huán)回路。該多個豎直循環(huán)回路中的第一豎直循環(huán)回路包括第一分布區(qū)域和第一返回區(qū)域。第一豎直循環(huán)回路與該多個豎直循環(huán)回路中的一個或多個其它回路液體連通。第一豎直循環(huán)回路的特征在于單獨的回路傳質(zhì)系數(shù)?？刂破髀?lián)接到該多個分布器并且配置成一起控制該多個分布器，使得該多個豎直循環(huán)回路的累積傳質(zhì)系數(shù)在與第一豎直循環(huán)回路相關(guān)聯(lián)的單獨的回路傳質(zhì)系數(shù)的閾值內(nèi)。

技術(shù)研發(fā)人員：Z·黃,K·赫夫納,O·E·凱恩
受保護的技術(shù)使用者：方舟生物科技公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2