用於灌注的中等尺寸生物反應器平臺的製作方法

2023-05-02 12:16:16

專利名稱：用於灌注的中等尺寸生物反應器平臺的製作方法
技術領域：
本發明涉及中等尺寸生物反應器平臺和用於生物反應器平臺的控制單元以及包 含中等尺寸生物反應器平臺和用於生物反應器平臺的控制單元的系統。該中等尺寸生物反 應器平臺適於培養生物細胞，尤其適於培養哺乳動物細胞，如胚胎或幹細胞。該中等尺寸生 物反應器更特別適合用於體外受精操作。 現有技術當前在用於胚胎培養的體外受精中所用的方法依賴於在靜止條件下於培養皿中 培養胚胎。這種方法是勞動密集的，因為更換生長培養基需要大量的人工操作。人工操作 總會有引入汙染的風險，而且靜止條件與體內條件的相似性不高，其難以滿足胚胎不斷改 變的需求。與當前體外靜止條件相比，體內胚胎處於不斷改變的環境，而且一個發育階段中 胚胎的需求可能與另一個發育階段中胚胎的需求有很大不同。一個發育階段的體內條件甚 至可能對後面發育階段的胚胎有害。基於靜止的培養皿培養系統的一些缺點可以通過下述而避免在能夠向胚胎灌注 適合其發育階段的生長培養基的培養系統中培養胚胎。這種系統應該有與胚胎尺寸相匹配 的適當尺寸並且更近似於體內條件。此外，以小規模進行運作是重要的，以減小此類哺乳動 物細胞通常所需的昂貴的生長培養基的消耗。現在許多所謂的微流體裝置已經被描述用於進行各種類型的分析或用於培養細 胞。這些裝置常常用各種原理製造，這些原理通常受到二十世紀七十年代基於矽的微電子 學技術的發展的啟發。微流體應用的實例為DNA分析，涉及的原理如用於例如檢測單核苷 酸多態性的聚合酶鏈反應或使用例如毛細管電泳法的蛋白質分析。然而，『真正的』微流體裝置(例如具有約100 μ m或更小直徑的流體通道)確實 具有許多缺點，其中一些缺點對於為灌注型操作設計的細胞培養裝置特別明顯。正如從 Hagen-Poiseuille方程可見，在有液流的例如100 μ m通道中壓力降變得很大，對於欲在此 規模運行的泵提出了高要求，因為這樣的泵必須能對抗相當大的反壓精確地泵出很小的體 積。由於這個原因，在此規模經常使用所謂的電滲流產生液流，其在鹽水溶液中通過暴露於 巨大的電位下生成液流。但是這樣的電滲流不適於涉及活(哺乳動物)細胞的系統。微流體中遇到的另一個問題是關於「與外界的聯接」的問題。生物學實驗室中所 用的大部分設備，如泵和分析設備，比微流體設備大得多以至於兩個級別的整合變得問題 重重。如250 μ m直徑(容易得到的)這樣小的管與晶片的聯接點對於實驗室工作人員而 言難以操作，而且可能迅速引入幾倍於微流體系統體積大小的死體積。這個問題對於灌注 型細胞培養裝置尤其重要，其中操作複雜性和流體在聯接至微流體系統的管中的長滯留時 間增加了逆流汙染的風險。在培養哺乳動物胚胎的情況下，培養時間可能達五天或更長。對於以小規模工作的生物反應器系統，當然能夠根據預設的事件序列在不同的生 長培養基和條件之間切換。但是，為了更充分地優化生物反應器中細胞的生長條件，生物反 應器可裝備適當的可與電腦通信或類似的能夠發送命令到生物反應器的執行元件的傳感器。這樣可生成反饋系統以對環境的變化做出反應，例如用於維持恆定的環境條件。如下面所討論，為解決上述問題已採取了一些手段。W007/044699描述了安裝有集成流體進樣器的微型生物反應器，其中流體進樣器 可能包含液體貯器(reservoir)。這些生物反應器可用於在代謝工程研究領域中建立商業 上相關的生產生物體尤其是微生物菌株的平行研究。W007/044699的生物反應器的生長室 中的集成傳感器使傳感器的信號在反饋控制裝置中用於通過從貯器中注射液體來調整生 長室中的環境條件，通常是PH。W007/044699的反應器流體進樣器的貯器通常由彈性材料構建並且還包含閥，以 使來自貯器的液流可採用氣動(pneumatic actuation)進行控制。為優化通過可滲透的聚二甲基矽氧烷(PDMS)膜提供給生長室的氣體供應， W007/044699的室一般為扁平的(即生長室的一個空間維度比生長室的另外兩個空間維度 至少小約10倍)，PDMS膜朝向兩個較大表面之一。生長室的典型體積為5到500 μ L。生 長室中的液體也經PDMS膜採用氣動而得以混合。W007/044699的微型生物反應器的基本原理使得它們通過向生長室中脈衝液體以 維持恆定的環境條件而適於進行分批補料型細胞發酵。但是，液體的脈衝式供應和貯器的 相對於生長室尺寸而言的有限尺寸(即15-25 μ L)使系統不適於進行長期類似灌注的運 行，如恆化培養或向室中細胞連續供應培養基(即由於25 μ L的貯器尺寸和 270nL的脈 衝大小，有不到100次的脈衝可用)。此原理似乎也不適於培養在它們的生長周期中具有不 斷改變的需求的細胞。此外，雖然生長室的扁平設計使細胞得到有效的氧供應，但是同一設 計也使劇烈攪拌以混合脈衝的液體成為必需。這樣的條件可能會對比細菌或真菌細胞更脆 弱的細胞造成損壞。W007/047826描述了微流體細胞培養裝置，其使用油覆蓋層以阻止液體從微流體 室中蒸發並使得可以進入該裝置中的生長室。所述裝置包含漏鬥形的生長室和經微通道聯 接的貯器，微通道在包含該室的PDMS基片(substrate)的底部中。在由彈性材料製成的膜 和所謂的銷式(Pin)傳動裝置的幫助下，在室間產生液體的蠕動是可能的。該蠕動可用於 產生「往復型流體供應，其中孔中的流體水平周期性地增加和減少」。但是，也可用外部供應 向W007/047826的裝置的生長室供應液體。W007/047826的裝置可以含有光學傳感器、電傳感器或機電傳感器以測定微流體 裝置元件的狀態或液流特性。該文獻還提及如下選項採用由彈性膜和銷式傳動裝置組合 產生的活動部分，應用多個貯器用於供應營養物、生長因子等。但是，由於需要使用外部的 流體供應，該裝置似乎不適於進行長期灌注型生長實驗。Petronis 等(2006，生物技術(BioTechniques)40 :368_376)描述了用於 HeLa 細 胞的長期培養的微流體生物反應器裝置。此裝置由熱塑性聚合材料構建並含有用於加熱生 長室的集成的氧化錫銦膜。所述室還含有溫度傳感器和使傳感器和加熱元件協作的帶有電 腦的裝置，從而使室的溫度可以以反饋的方式進行控制。Petronis等(2006)的生物反應 器的小尺寸使得能夠迅速控制室中的溫度。但是，該裝置只是用外部的泵從外部貯器供應 液體的經典發酵罐的縮小版。這種外部液體供應的設計使實際上不受限的培養時間成為可 能，儘管建立實驗的複雜性使該裝置最適於學術研究使用。另外，所述反饋裝置主要適於維 持恆定條件，並沒有指出如何用其控制施用至生長室的液體。
W02005/123258也描述了微流體生物反應器裝置，其使用傳感器以反饋機制控制 生長於室中的細胞的環境。W02005/123258中的生物反應器利用相對於培養室位於外部的 預混合室。但是，生物反應器似乎不適於進行『傳統的』灌注型細胞培養，因為預混合室和生 長室以迴路聯接，該迴路可選擇用從外部貯器供應的液體調節液體組成(在預混合室中)。但是，迄今描述的大部分微流體裝置是分析裝置，其目的在於提供關於裝置中樣 品液體中的細胞或生物學化合物的抽象數據。相反地，體外受精操作的目標是培養過程中 得到的胚胎。因此，為灌注細胞如受精的卵母細胞設計的裝置，應使得易於進入(access) 培養室以能夠在室中放置細胞，而且尤其在培養期後也能輕柔地移動細胞。這種特徵在僅 設計用於數據採集的流體裝置中是非必需的，其中適當的傳感器可以整合至裝置中，使數 據從系統中導出而無需物理移動細胞。
W02003/087292描述了自動化的組織工程學系統。該系統尤其是包含由外殼支 持的生物反應器，其中生物反應器可促進生理細胞功能和/或組織構造的產生。該系統還 包含含有液體貯器的流體包容系統。該生物反應器可以有蓋子，其提供經取樣口進入生物 反應器的通路，並且該生物反應器可以有例如氧氣、溫度和PH傳感器並且還可以裝備有相 機。W02003/087292的裝置適於以下操作如組織活檢的消化、細胞分選、細胞洗滌、細胞濃 縮、細胞播種、細胞增殖、細胞分化、細胞儲藏、細胞運輸、組織形成、植入物形成，其中所述 組織可以來源於骨和軟骨。因此，此系統適於細胞，如胚胎幹細胞、成人幹細胞、成骨細胞、 前成骨細胞、軟骨細胞、前軟骨細胞、髓核細胞、骨骼細胞、源於骨骼骨髓或血液的骨骼祖細 胞，包括幹細胞。雖然相關地提及100-500mg人軟骨活檢，但是W02003/087292的生物反應器系 統的尺寸未被明確指出。其進一步提及IOOmg活檢組織可以在系統中產生約200,000到 500, 000個細胞。因此，該生物反應器中的細胞數表明此系統不適於體外受精的目的，體外 受精的目標是幾個分裂周期後衍生自單一受精卵的一群細胞。而且沒有指出「取樣口」的確切性質。具體地講，沒有描述可以在灌注操作期間進 入生物反應器。W02003/087292的系統如W02005/116186中所述那樣被進一步發展。在 W02005/116186中，其要求保護用於植入物形成的分化生物反應器，其設計已被改進。但是， W02005/116186沒有詳述可以如何經蓋子進入生物反應器，也沒有指明在灌注操作期間可 以如何進入生物反應器。不管上面討論的成果怎樣，仍需要有解決了在流體裝置中整合流體供應的問題的 系統，所述流體裝置用於在適合哺乳動物胚胎的規模和時間上進行灌注型操作。本發明的 目的是提供中等尺寸生物反應器平臺，將在胚胎發育期間對生長條件的不同需求以及這樣 的培養所需的時間考慮在內，其適於培養哺乳動物卵母細胞和胚胎。

發明內容
本發明涉及中等尺寸生物反應器平臺，其包含兩個或更多個液體貯器，液體貯器 與培養室流體聯通(fluid communication)，所述室與出口流體聯通，其中所述平臺被提供 有能使所述室被來自一個或多個液體貯器的液流灌注的裝置。集成的液體貯器使得在需要 灌注液體的細胞培養實驗期間無需從外部供應液體至培養室，此外，使逆流汙染的風險降至最低。而且，由於有兩個或更多個貯器，能夠向培養室供應與每個貯器的內容物相應的不 同液體，或可將來自兩個或更多個貯器的混合物供應給培養室。在某些實施方案中，對中等尺寸生物反應器平臺進行構建，以使得可以經可閉合 元件或彈性膜物理(physically)進入培養室。這種構造使得能夠對培養室的內容物進行 操作，同時保持最小限度的逆流汙染風險。中等尺寸生物反應器平臺的可閉合元件可採取 蓋子的形式，所述蓋子可以是鉸接(hinged)或滑動的(sliding)，且彈性膜可具有自動封 閉的能力。在一個實施方案中，對中等尺寸生物反應器平臺進行構建，從而能使培養室被灌 注的裝置包含能夠調節貯器的體積的柔軟區(flexible region)。柔軟區可以由膜形式的 柔韌材料製成。另一個實施方案中，能使培養室被灌注的裝置包含使外部與貯器聯接的進 氣孔，該進氣孔包含約0. Ιμπι到約0.5μπι孔徑的過濾器。在這兩個實施方案的任何一個 中，將正的相對壓力施加至膜或過濾器的外部，或將負的相對壓力施加至中等尺寸生物反 應器平臺的出口，這將產生含在貯器中的液體的流向培養室的液流。本發明的中等尺寸生物反應器平臺可有利地用於培養哺乳動物細胞，並且在此實 施方案中，培養室包含一個或多個哺乳動物細胞。本發明的中等尺寸生物反應器平臺尤其 適合用於體外受精操作。當用於培養哺乳動物細胞時，貯器包含培養基、生物學或生物化學 活性分子和/或緩衝液。本發明還涉及用於中等尺寸生物反應器平臺的控制單元，該控制單元包含用於控 制從兩個或更多個貯器至培養室的液體流速的裝置。當中等尺寸生物反應器平臺與控制單 元聯接時，控制單元可因此在中等尺寸生物反應器平臺中產生來自貯器的用於灌注培養室 的液流。控制流速的裝置可以例如能夠施加正的相對壓力至所述貯器和/或施加負的相 對壓力至所述出口。壓力可以由物理樣機(specimen)如活塞、或空氣/氣體壓力產生。對 於提供給液流而言，優選使用來自氣體的壓力。施加正的相對壓力至貯器中的液體還可能 使液體被所使用的氣體飽和。在另一個實施方案中，控制單元還包含至少一個能測量pH、溶解氧(O2)、二氧化碳 (CO2)、葡萄糖、營養素、維生素、代謝產物、流速、溫度、光密度、螢光信號、特異蛋白或酶、或 DNA’s或RNA’s的傳感器。傳感器可以被安置用於測量培養室或培養室的下遊中的液體的 參數值。在另一個實施方案中，控制單元還包含數據處理單元，該數據處理單元能夠收集 來自傳感器的信號並且用來自收集的信號的信息控制來自兩個或更多個貯器中每一貯器 的流速。任選的混合部件的存在可以進一步確保來自兩個或更多個貯器的液體被混合。在 該實施方案中，因此可用傳感器記錄的信號以反饋的方式控制從貯器到培養室的液流。例 如，可以將參數值設置在預設範圍內，並且如果來自傳感器的信號表明參數值可能移出了 此範圍，來自貯器的液流可以被調節以使參數值返回至預設範圍內。本發明還涉及包含中等尺寸生物反應器平臺和控制單元的系統，其中中等尺寸生 物反應器平臺包含在適配於控制單元的盒子(cartridge)中。該系統使中等尺寸生物反應 器平臺能夠快速並容易地插入控制單元中。所述插入確保貯器與控制單元的壓力供應相聯 接。


圖1顯示中等尺寸生物反應器平臺的示意透視圖。圖2顯示中等尺寸生物反應器平臺的培養室的示意圖。圖3顯示中等尺寸生物反應器平臺的俯視圖，其顯示了平臺具體實施方案的元件。圖4顯示用於中等尺寸生物反應器平臺的控制單元。圖5a為溫度反饋調節的算法簡圖。圖5b為採用改變溫度的算法，溫度對時間的繪圖。發明詳述本發明涉及中等尺寸生物反應器平臺、用於生物反應器平臺的控制單元和包含所 述平臺與控制單元的系統。本發明的術語「生物反應器」涵蓋適於培養生物細胞的系統和裝置。公開的生物 反應器尤其適於哺乳動物細胞。在優選的實施方案中，哺乳動物細胞為與體外受精相關的 細胞，所述細胞將包括精子、卵母細胞和/或胚胎。但是，對本領域技術人員而言顯而易見 的是，所述生物反應器平臺還可以用於其它哺乳動物細胞類型，如幹細胞或免疫系統細胞 如單核細胞、樹突細胞、T細胞等等。在優選的實施方案中，哺乳動物細胞為人細胞。此外， 本發明中公開的中等尺寸生物反應器平臺還可用於培養哺乳動物細胞以外的細胞類型。例 如，在本文公開的生物反應器平臺中還可培養細菌、酵母、真菌、植物或昆蟲細胞。本發明的上下文中，術語「中等尺寸」意指涵蓋這樣的尺寸範圍，其中通道的最小 尺寸為約100 μ m到約3mm，儘管通道還可能包含收縮部(constrictions)。同樣，培養室可 以具有約500 μ m到約5mm或更深的深度，並且最大的水平尺寸可以為約Imm到約50mm。貯 器的尺寸必須足夠在灌注條件下培養細胞。總而言之，中等尺寸流體系統中的流體將在層 流(laminar)條件下流動，並且只要系統中包含的流體在層流條件下流動，具有不同於上 面所定義的通道或室的流體系統可以稱為「中等尺寸」。在某實施方案中，培養室的最大水平尺寸在約2到約6mm的範圍內。在另一個實 施方案中，培養室的最大水平尺寸在約20到約30mm的範圍內。在本發明的中等尺寸生物 反應器中所用的典型流速範圍內，液體基本上以層流移動。本發明的生物反應器平臺適於在灌注條件下運行。上下文中術語「灌注」是一般 的連續流(continuous flow)被應用於裝置的培養室。此連續流不局限於某一流速，而在 使用本發明的生物反應器平臺的實驗過程期間可使用幾種不同的流速。適合的流速為約 100nL/min到約200 μ L/min或更多。應該強調的是，如有必要所述的流也可被停止，例如 用於進行涉及培養室內容物的各種操作。此外，還要考慮使生物細胞靜止(rest)的中間操 作。在一些實施方案中，以允許物理進入室的方式構建培養室。上下文中術語「物理進 入」是指可以將工具插入到培養室的液體中，以操作培養室的內容物。該操作可以是從培養 室插入或移除一個或多個細胞，或它可以涉及對培養室中已經存在的細胞的操作。在一個實施方案中，本發明的控制單元包含「數據處理單元」。此術語是指電腦或 類似裝置，其能夠收集來自控制單元中的傳感器的信號並將它們轉換為操作員能夠理解的數據。數據處理單元還能夠向控制培養室中細胞所經受的環境參數的設備發送命令。數據處理單元可以進一步被設置，從而能夠產生針對中等尺寸生物反應器平臺的 「臨時日誌」。術語「臨時日誌」是指控制單元的傳感器產生的信號或其他數據以及收集信 號的時間被數據處理單元收集。因此，對於每個中等尺寸生物反應器平臺，可能能夠知道在 培養期間在給定時間點培養室中任何細胞所經受的條件。培養期結束前此信息已經是同樣 可用的，從而例如基於對臨時日誌中的數據的認知可以作出決定。本發明的中等尺寸生物反應器平臺101特別適用於體外受精操作。中等尺寸生物 反應器平臺101更特別適用於培養胚胎或卵母細胞201 (在卵母細胞201與精子受精後)。 對於此目的，在工具202如吸管或皮下針頭幫助下，將受精的卵母細胞201置於培養室103 中。在優選的實施方案中，中等尺寸生物反應器平臺101的培養室103設計為允許物理進 入培養室。中等尺寸生物反應器平臺101還可用於未受精卵母細胞的受精。對於此目的， 貯器102可包含純化或未純化的精子，或用於丘(cumulus)移除的透明質酸酶。圖1中簡 要地圖示說明了中等尺寸生物反應器平臺101，圖2中圖示說明了所述平臺的培養室103。 圖3中圖示說明了生物反應器平臺101的具體實施方案的附加特徵。在一個實施方案中，培養室103可以包含具有自動封閉能力的材料的彈性膜。因 此，當工具202，如針頭、皮下針頭、刺血針或套管(canula)穿過膜時，工具202將進入包含 膜的培養室103中含有的流體。一旦移除工具202，自動封閉能力將確保室被密封並防止 發生不希望的洩漏。因此，受精的卵母細胞201可通過以下操作被置於培養室103中在 注射器的幫助下將其置於例如皮下針頭中，用皮下針頭的尖穿過彈性膜，並將卵母細胞201 注射到培養室的適當位置中。然後，培養室103可以被來自一個或多個貯器102的適當生 長培養基灌注。在另一個實施方案中，培養室103包含使得能夠進入室的可閉合元件105。對可閉 合元件105進行設計，從而在一種設置情況(setting)下，可閉合元件105用於密封培養室 103中的液體並且當用液體灌注培養室103時防止洩漏；在另一種設置情況下，可閉合元件 105將允許用工具202如吸管、針頭、皮下針頭、刺血針或套管或其他工具物理進入室中，以 操作培養室的內容物。可閉合元件105可作為中等尺寸生物反應器平臺101的一部分，或 可以作為控制單元的一部分。在優選的實施方案中，可閉合元件105是透明的。可閉合元件105可有利地採取蓋子的形式，所述蓋子可以是鉸接或滑動的。當可 閉合元件105為蓋子形式時，它通常由剛性材料如一種或多種熱塑性聚合物構成，但是它 還可以包含彈性材料，如PDMS或橡膠。在此實施方案中，打開蓋子將允許例如含有受精的 卵母細胞的吸管尖插入，以將卵母細胞201適當地置於培養室103中，然後關閉蓋子並用來 自一個或多個貯器的適當生長培養基灌注培養室103。在另一個實施方案中，中等尺寸生物反應器平臺101的培養室103中的液體包括 水性(aq ueous)液體204和另一種與水性液體204基本不混溶的液體203。這種基本不 混溶的液體203可以為比水性液體204的密度低的油，如石蠟油，而且它可以作為覆蓋層 203存在於水性液體204之上。培養室中含有的細胞例如卵母細胞201主要存在於水性液 體204的較低層。此覆蓋油層203可使培養室中水性液體204的灌注體積降至最低，阻止 水相中生長培養基的蒸發，並使水性液體204的生物汙染降至最低。特別是，油層的應用可 通過阻止CO2的蒸發幫助保持μ H。油層還可幫助維持培養室的正確溫度。當中等尺寸生物反應器平臺101被裝配了彈性、自動封閉膜或蓋子時，覆蓋油層203的應用是有益的。本發明的中等尺寸生物反應器平臺101的培養室103不限於特定的形狀。但是，在 優選的實施方案中，培養室103的形狀通常可被描述為具有基本上圓的圓周線的圓柱體。 該圓周線的直徑可比圓柱體的高更大或更小。圓柱體的高通常沿著垂直軸。在一個實施方 案中，圓柱形培養室103的直徑可以為約2到約6mm，在另一個實施方案中，其可以為約20 到約30mm。這些圓柱形培養室的深度可以為約0. 5到約2mm。在其它實施方案中，培養室103通常可以為盒形的(box-shaped)。該盒形可採取 有矩形側面的一般扁平盒的形式，或盒子可近似於立方體形狀。在一個實施方案中，培養室 103可具有約5至約IOmm的寬度，最多約50mm的長度。這樣的盒形培養室的深度可以為約 0. 5 到約 2mm。本發明的培養室103還可在室底面中配置一個或多個凹陷205。這些凹陷205 — 般可為具有相似大小的水平和垂直尺寸的圓柱形。所述尺寸通常為約500 μ m。凹陷205適 於保留一個或多個哺乳動物細胞201。特別適於保留受精的卵母細胞201。因此，在培養胚 胎前，可用例如吸管或皮下針頭將受精或未受精的卵母細胞201置於培養室103的凹陷中。 如果僅有一個凹陷存在，它一般可以位於培養室底面的中心。如果存在不止一個凹陷，這些 凹陷可沿一條線位於底面中，或它們可以以適當的模式布置，如由矩形、三角形或六角形單 元 的網格、或類似於蜘蛛網的網格的交叉點所確定的模式，或沿同心圓的周長所確定的模 式布置。本發明的中等尺寸生物反應器平臺101不限於單個培養室。實際上，在一些實施 方案中，生物反應器平臺101包含數個培養室，例如10-20個培養室。這些培養室可以以一 組或多組串聯(serially)連接的培養室排列。每組可並聯地(in parallel)與所述的貯 器連接。因此，平臺可包含單個培養室、以單一串聯連接的多個培養室、並聯連接的多個培 養室或串聯連接的培養室的組(其中每組並聯連接)。在優選的實施方案中，本發明的中等尺寸生物反應器平臺101含有10個圓柱形培 養室，每個培養室直徑約4mm，深約1. 5mm，具有位於底面中的單個凹陷，每個培養室的體積 約為20 μ L或更小。此實施方案中，培養室串聯地與貯器連接。在另一個優選的實施方案中，本發明的中等尺寸生物反應器平臺101含有一個直 徑約20-40mm的圓柱形培養室103。此實施方案中，培養室103含有8_20個凹陷。培養室的內表面可以是光滑或粗糙的，但是對於某些應用，培養室可以裝有支持 細胞生長的支架(scaffold) 206。這樣的支架206可為構成培養室的材料的一部分，或它可 以以可插入的印跡(imprint)的形式提供。支架206可以被成形，以與生物學上存在的界 面相類似，並且它可以包含物理印記模式(pattern)，或具有不同模式的親水和疏水位點的 模式，或以上兩種模式的組合。在另一個實施方案中，支架206可以被適合細胞結合的物種 (species)如蛋白質、荷電基團、細胞、細胞碎片等化學功能化。中等尺寸生物反應器平臺101的流體性結構還可進一步包含混合部件301，混合 部件301 —般置於貯器102和培養室103之間。因此，來自兩個或更多個貯器102中的流體 流可在流體到達培養室之前被混合。這樣的混合部件301可以包括在通道部件的內表面上 的內部結構，如鯡骨式結構或無秩(chaotic)混合器，或者它可以包括增加長度的(length contributing)元件，如曲折(meander)通道或螺旋通道，其使液體通過擴散混合。所述平臺還可包含將來自貯器102的液流分至數個通道中的歧管302或類似結構。本發明的中等尺寸生物反應器平臺101的貯器102的體積一般比培養室的大。在 優選的實施方案中，貯器102的體積比室體積至少大10倍。在另一個優選的實施方案中， 貯器102的體積比室體積至少大20倍。本發明的一個方面是來自貯器102的液流可以通 過下述產生對貯器102施加正的相對壓力，或對中等尺寸生物反應器平臺101的出口 104 施加負的相對壓力，出口 104經培養室與貯器102流體聯通。在一個實施方案中，圍繞貯器102的結構部分包含能調節貯器體積的柔軟區106。 此實施方案中，對柔韌材料的外表面施加正的相對壓力將產生貯器中含有的液體流向中等 尺寸生物反應器平臺的培養室103的液流。柔軟區106優選地包含聚合材料，如PDMS、橡膠、 聚乙烯等。所述材料可用本領域公知的方法附著於包含基片(substrate)的貯器102，所 述方法例如用膠粘附、超聲波焊接、雷射焊接、熱焊接、夾合(clamping)、縫合(stitching)等。在優選的實施方案中，貯器102包含使外部與貯器聯接的進氣口 107。此進氣口 107優選包含具有約0. 1 μ m至約0. 5 μ m的孔徑的過濾器，以便可以例如阻止顆粒物質進入 貯器。進氣口 107可與氣體供應(gas supply)聯接，以施加正的相對壓力使液體流出貯器 並流入培養室。進氣口 107還使得施加至中等尺寸生物反應器平臺101的出口 104的負的 相對壓力汲取貯器的液體到培養室中。施加至貯器102或出口 104的正和負的相對壓力分 別可進一步用於控制培養室103中的液體體積。在這些實施方案中，通過使用閥303控制空氣或氣體經進氣口 107進入貯器102， 還能夠控制分別來自不同貯器102a、b的液體的分布。例如，通過關閉與一個貯器102聯接 的閥303，將確保流向培養室103的液流來自其他的貯器102。這樣的閥303將置於相對於 中等尺寸生物反應器平臺而言的外部。閥303可應用於預期通過施加負的相對壓力至平臺 101的出口 104進行操作的中等尺寸生物反應器平臺，以及用於預期通過施加正的相對壓 力至貯器進行操作的平臺。中等尺寸生物反應器平臺101的貯器102可採取通常的扁平圓柱體的形式或者它 們可採取長通道的形式。這樣的通道可以以曲折結構排列。當貯器102為圓柱體形狀時， 進氣口 107—般位於圓柱體的頂部或與之接近的位置，與培養室103聯接的通道一般位於 圓柱體的底部或與之接近的位置。圓柱體的底部可以有扁平的表面，或者該表面可為圓錐 形或漏鬥形的，它可以是傾斜或具有結合以上特徵的更複雜的形狀。在一個實施方案中，中等尺寸生物反應器平臺101進一步裝有射頻識別(RFID)標 籤304。該RFID標籤使得可以快速和方便地識別生物反應器平臺。當RFID標籤中含有的 信息與提供在指定生物反應器平臺中被培養的細胞的人的身份相聯繫時，生物反應器平臺 101的識別是有利的。雖然也可使用明確界定區域的疏水性表面，但是本發明的中等尺寸生物反應器平 臺優選由具有親水性表面的基本透明的材料構建。雖然也可使用其他材料，如玻璃、矽、金 屬、彈性聚合物，但是構建材料優選為一種或多種熱塑性聚合物。本發明的中等尺寸生物反應器平臺的通道和室可通過將包含與通道和室對應的 結構的第一基片(substrate)與第二基片接合而形成。這樣，一旦將各層基片接合，在兩個 基片之間形成通道和室。中等尺寸生物反應器平臺不限於兩個基片層。在某些實施方案中，可使用多個基片，其中在適當時每一基片可包含通道和室的結構。然後將這些多個基片 (在各層中)接合起來，來組裝為中等尺寸生物反應器平臺。基片中與通道和室相應的結構可通過使用任何適當的方法製造。在優選的實施方 案中，基片材料為熱塑性聚合物，適當的方法包括銑削(milling)、微銑(micromilling)、 鑽、切割、雷射燒蝕、熱凹凸印刷(hotembossing)、注射模製(injection moulding)和微注 射模製。這些以及其他技術為本領域眾所周知的。通道還可在其它基片材料中使用適當的 方法如鑄造、模製、軟石版印刷術(soft lithography)等製造。可使用任何適當的方法接合基片材料。在優選的實施方案中，基片材料為熱塑性 聚合物，且適當的接合方法包括膠粘、溶劑結合(solventbonding)、夾合、超聲波焊接和激 光焊接。本發明還涉及用於中等尺寸生物反應器平臺101的控制單元401。此控制單元401 能夠施加正的相對壓力至生物反應器平臺的貯器102和/或施加負的相對壓力至生物反應 器平臺的出口 104。這樣的壓力的應用將產生從一個或多個貯器流向生物反應器平臺的培 養室103的液流。通過正的相對壓力被施加至貯器102的氣體或由於施加至出口 104的負 的相對壓力而被吸入貯器102的氣體可具有任何組成。因此，氣體可以為空氣或者它可以 與例如2-10% CO2預混合和/或它可以是含有2-20% O2的三元氣體(trigas)。根據本發 明的一個實施方案的控制單元401以示意圖例示在圖4中。在一個實施方案中，控制單元401包含經適當的管路(conduit)與生物反應器平 臺的出口流體聯通的液體泵404，因此泵404可用於經出口 104從生物反應器平臺抽吸液體 並因此產生從貯器到培養室的液流。此泵404可為蠕動泵、活塞泵、注射泵、膜泵、隔膜泵、 齒輪泵、微環(microarmular)齒輪泵或任何其他適當類型的泵。在另一個實施方案中，控制單元401包含一個或多個適於泵送氣體的泵404。在此 實施方案中，一個或多個泵404與生物反應器平臺的進氣口流體聯通。對於生物反應器平 臺每個貯器，控制單元401可包含泵404 ；或它可以包含單個泵404 ；或泵404的數目可以 在這兩個值之間。如果控制單元401含有的泵404比貯器數少，控制單元401還將包含適 當的閥，該閥能根據貯器的內容物控制供應給中等尺寸生物反應器平臺的生長室的液體組 成。此實施方案中所用的泵404可為活塞泵、注射泵、膜泵、隔膜泵或任何其他適當類型的 泵。在另一個實施方案中，控制單元401包含一個或多個適於泵送氣體至生物反應器 平臺的進氣口的泵404和與生物反應器平臺出口流體聯通的液體泵404。本發明的控制單元401優選包含一個或多個傳感器402，其用於測量中等尺寸生 物反應器中液體的環境參數。這些參數通常為PH、溶解氧(O2)、二氧化碳(CO2)、葡萄糖、營 養素、維生素、代謝產物、流速、溫度、光密度、螢光信號、特異蛋白或酶、或RNA或DNA，儘管 其他參數也可能是合適的。可將這些傳感器402整合進與中等尺寸生物反應器出口相聯接 的管路中，以便對從培養室流出的液體進行測量。另一個實施方案中，傳感器被安裝用於測 量培養室中的液體。除了這些傳感器402，控制單元401可裝備光學檢測和觀測系統。這些光學系統可 能包含光源405，如發光二極體(LED)、燈泡、汞燈等，適當的濾器406和光檢測器407。LED 可為發射白光型的或發射相對窄範圍波長的光的類型。後一類型的LED適於測量LED對應的特徵波長的光密度或用於激發螢光體發射特徵波長的光，其可以作為螢光信號而被檢 測。或者當與合適的光濾器406和光檢測器407聯合時，汞燈也作為用於螢光信號檢測的 適當元件。在一優選的實施方案中，控制單元401裝備有數字或光學顯微鏡408。此實施方案 中，控制單元401還可裝備有一個或多個光源405。另一個實施方案中，控制單元401進一 步裝備有顯示器409，其使培養室和其內容物經顯微鏡408而被監控。仍然在另一個實施方 案中，控制單元401進一步包含可視化軟體，該軟體能夠監控培養室中生長的任何細胞，並 根據細胞的形態學，向控制施加至貯器和/或中等尺寸生物反應器平臺的出口的壓力的設 備、產生空氣層流的氣體供應413以及調節中等尺寸生物反應器平臺的溫度的加熱/冷卻 系統410發送命令。細胞的形態學可包括數目、大小、細胞的形狀或方向或其組合。形態學 也可包括來自光學檢測系統的螢光信號或比色信號。控制單元401還可安裝調節中等尺寸生物反應器平臺的溫度的系統410。在一優 選的實施方案中，此系統410進一步包含一個或多個與數據處理單元403配合的溫度傳感 器411，使溫度經數據處理單元403而被控制。溫度調節系統410可以包含例如成形的用於 容納生物反應器平臺的鋁塊體(block)並包含導電線圈、珀耳帖(peltier)元件、用於加熱 和/或冷卻液體的管等。在一優選的實施方案中，控制單元401裝備有帶加熱元件410和 溫度傳感器411的鋁塊體；此溫度傳感器411與數據處理單元403聯接。另一個優選的實 施方案中，控制單元401裝備有含加熱元件410的透明材料如玻璃的塊體。在此實施方案 中，數據處理單元403可使用來自溫度傳感器411的信號按所謂的模型預測控制(MPC)算 法通過控制加熱元件的電力供應精確調節中等尺寸生物反應器平臺的溫度。
包含中等尺寸生物反應器平臺的控制單元401可有利地含有環繞中等尺寸生物 反應器平臺的隔室412，可向隔室412供應氣體，以在生物反應器平臺周圍產生空氣層流 (LAF)413。此「空氣層流」413描述了這樣的情況，空氣以幾乎沒有湍流的模式流經隔室 412，這些條件可用於使空氣中漂浮的特別物質遠離培養室從而防止室中細胞的汙染，例如 當為了物理進入而打開培養室時。在一個實施方案中，從生物反應器平臺的下面到生物反 應器平臺上面的一個或多個出口向隔室412供應空氣層流413，從而空氣基本按向上的方 向運動。另一個實施方案中，空氣層流沿生物反應器平臺表面定向流動，即以基本水平方向 流動。空氣層流413可由空氣組成，但是在一優選的實施方案中CO2的含量相對於空氣增 加到例如約2-10%，或更優選5%。在其他實施方案中，O2的含量也可增加或降低。空氣層 流的壓力與環境空氣的壓力基本相同。但是，所述壓力相對於環境空氣優選是增加的。當 空氣層流的CO2或O2或其他氣體的含量增加時，該氣流可以進一步被控制，從而可以調節生 物反應器平臺中液體的pH。空氣層流的線性流速通常在50 μ m/s到0. lm/s範圍內。在一個實施方案中，控制單元401進一步包含數據處理單元403。此數據處理單 元403能夠從控制單元401的傳感器402和/或411收集信號，並發送控制施加至貯器的 正的相對壓力和/或控制施加至生物反應器平臺出口的負的相對壓力的命令，用於控制生 物反應器平臺101中的液體流速，以及發送在適當時調節溫度或空氣層流的命令。控制這些操作參數可基於預設的按時間順序的事件系列，或者命令可基於從控制 單元401中的傳感器402和/或411收集的信號，例如在反饋環路中。如果使用預設的命 令序列，這可以例如包括在給定流速用來自貯器102a的生長培養基灌注胚胎，持續設定的天數，然後在剩餘的培養期中改用來自貯器102b中的生長培養基以相同或不同流速灌注， 同時在所有時間維持溫度為37°C。使用來自傳感器402和/或411的信號確定操作參數的設置的實例可以為，如果 溫度傳感器411顯示溫度超出設定區間，則數據處理單元403將發送命令加熱或冷卻中等 尺寸生物反應器平臺，以使溫度再次回到設定區間。同樣PH傳感器402顯示pH偏離設定 範圍，氣體供應413可以例如被調節，以使增加量的CO2被施用到包含中等尺寸生物反應器 平臺的隔室412。O2、葡萄糖和其他代謝產物(丙酮酸鹽和乳酸鹽)和能量(ATP/ADP)的水 平也可用於控制操作參數。操作參數的控制還可包括應用來自傳感器402和/或411的信號的更復 雜的指令 集。例如，當來自傳感器402或411的信號或觀測顯示培養室中有事件發生，指令集可包含 用於數據處理單元403的指令以應對事件並維持參數如pH、溫度或灌注培養室的營養素的 穩定參數值，或者指令集可包含用於數據處理單元403的指令以對培養室中的細胞應用一 組新的條件。這可能是例如當觀測到培養室中的胚胎的某形態時，液流從一個貯器中含有 的生長培養基變換為另一個貯器中含有的生長培養基。因此，這些條件可能包括參數如流 速、溫度、pH、來自不同貯器的液流分布等。數據處理單元403還可包含用戶界面，其使操作者能夠手動控制操作參數(通道 和室中的流速、來自不同貯器的液流的分布、溫度、PH等)。因此，控制單元401可被裝配為 以下述方式控制中等尺寸生物反應器平臺的參數值全自動預設事件序列、或由來自控制 單元401的傳感器402的信號確定的全自動事件序列、手動操作事件序列、或這些操作原理 的任何組合。無論操作原理如何，數據處理單元403可生成從控制單元401的傳感器收集的信 號的臨時日誌。此臨時日誌還可包含例如中等尺寸生物反應器平臺的培養室中的事件的信 息或用於控制平臺的環境參數的命令。臨時日誌可有利地與來自中等尺寸生物反應器平臺 上的RFID標籤的信息相結合，在一個實施方案中，控制單元401包含讀取RFID-標籤的傳 感器。此方式使臨時日誌可容易地與含有關於生物反應器平臺中細胞來源的信息如提供細 胞的人的名字和身份、以及操作者身份的數據標籤相聯繫。本發明的控制單元可簡單地設計為容納單個中等尺寸生物反應器平臺。但是，另 一個實施方案中，控制單元可包含例如至多六個中等尺寸生物反應器平臺(在一個控制單 元中)。本發明還涉及包含中等尺寸生物反應器平臺101和控制單元401的系統。此系統 中，生物反應器平臺101優選設計為適配於本發明的控制單元401中的盒414的形式。將 盒414插入控制單元401中適當設計的底座或類似結構中將確保生物反應器平臺的出口與 控制單元的相應管路聯接，並且平臺的貯器的進氣口與正的相對壓力供應適當聯接。將含有生物反應器平臺的盒414插入控制單元中的底座中，還將使控制單元的傳 感器能夠監控來自生物反應器平臺的液體，並且也將確保控制單元溫度調節系統和生物反 應器平臺之間的有效熱傳遞。當盒414插入控制單元中時，作為控制單元的一部分的任何 光學檢測或監控系統將與中等尺寸生物反應器平臺中的培養室或通道適當地對準。因此，適配於適當設計的控制單元的包含在盒414中的中等尺寸生物反應器平臺 的應用，使得中等尺寸生物反應器平臺和控制單元之間快速聯接，這將簡化集成系統的操作。在包含生物反應器平臺和控制單元的系統的實例中，控制單元可以含有具有適當的溫 度調節系統如珀耳帖元件或加熱線圈的鋁塊體或玻璃塊體、和集成管路及確保插入盒414 後有效密封的O型圈415。鋁塊體或玻璃塊體的物理形狀為只有一種可能的方式插入盒 414，以使出口與控制單元的管路聯接，並且貯器的進氣口將適當地聯接。中等尺寸生物反 應器平臺101和匹配的控制單元401可這樣設計通過將出口置於中等尺寸生物反應器平 臺的上表面或下表面使出口 104朝上或朝下。對於操作者而言，盒414的正確插入優選是 很明顯的。
實施例
實施例1，中等尺寸生物反應器平臺的構建由四層基片材料組成的原型中等尺寸生物反應器平臺採用2D繪圖軟體Auto-CAD LT (Autodesk, San RafaeL, CA, USA)進行設計。該生物反應器平臺設計含有兩個直徑16mm 和深5mm(體積ImL)的圓柱形貯器，其通過兩個通道與接合點聯接。每個貯器具有使貯器 與周圍環境聯接的通道。從接合點出來的通道使三個直徑4mm和深1. 5mm(體積約20 μ L) 的培養室串聯聯接。每個培養室在底面中有直徑約500μπι和深約200μπι的凹陷。從第三 個培養室出來的排廢通道通向周圍環境。生物反應器平臺設計的底層為具有500 μ m直徑的通孔和三個培養室凹陷的矩形 板(尺寸5cmX 8cm)。此板被設計與第二基片板(尺寸4. 5cmX7. 5cm)接合，第二基片板含 有與培養室(直徑4mm)相應的三個通孔和與上層中貯器位置相匹配的位置處的兩個另外 的通孔(直徑500 μ m)。這兩個直徑500 μ m的孔分別與在接合點會合的通道(寬500 μ m) 聯接，形成從接合點至相應於培養室的第一個孔的通道(寬500 μ m)；此外通道與其它培養 室孔聯接，並且最終的通道被設計與底層中的通孔匹配(從而形成排廢通道)。所有的通道 被設計在第二層的底面中產生。第三層(尺寸4. 5cmX2. 5cm)僅含有兩個與貯器相應的直 徑16mm的通孔。第四層(尺寸4. 5cmX2. 5cm)包含從與兩個貯器中心相應位置至板的一 個邊的通道(寬500 μ m)。第四層的通道被設計在此板的底面中產生。AutoCAD LT 設計被用於使用 Synrad Fenix Marker CO2-Iaser (Synrad Inc., Mukilteo，WA，USA)將結構燒蝕到聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)基片中。透明的PMMA基片由 Rohm GmbH&Co. (PlexiglasXT20070, Rohm GmbH&Co.，Darmstadt, Germany)提供；含有 貯器的層厚5mm，其它層厚1.5mm。燒蝕前將AutoCAD LT設計轉換為封裝的(encapsulated) post-script ^^^ΛΚ^ Synrad Fenix Marker CO2-Iaser^ffinMark Pro 巾。M 本領域技術人員公知的雷射設置進行燒蝕。在80°C經適當的退火處理(用於防止PMMA基片應力開裂)後，將三種最上面基 片的底面用 IR-吸收劑染料(Clear-Weld LD130, Gentex Corp.，Carbondale, PA, USA)染 色。使用能產生高強的 800nm雷射的Fisba FLSIron雷射掃描器(Fisba Optik AG, St. Gallen, Switzerland)將不同層焊接在一起。首先將第二基片層焊接至底部基片層，隨 後將第三和第四層焊接至增加的疊層。焊接期間，採用由對雷射透明的玻璃製成的虎鉗對 基片適當加壓。有效焊接的最佳雷射設置為本領域技術人員所公知的。此原型中等尺寸生物反應器平臺的三個培養室是開放和可進入的。在灌注操作期 間，培養室可用例如PDMS平板封閉。
實施例2，中等尺寸生物反應器平臺的構建除了用直徑20mm的單一培養室(0. 5mL體積)代替三個串聯連接的培養室(在第二基片層中)外，按實施例1中所述設計和構建中等尺寸生物反應器平臺。此單一培養室 的底部含有六個凹陷(直徑大約500 μ m且深大約200 μ m)，它們被置於位於室中心的直徑 IOmm的圓的周邊上。實施例3，控制單元的構建選擇適當的聚合材料盒來構建用於容納中等尺寸生物反應器平臺的原型控制單 元。盒子尺寸為約16X24X 12cm3。盒子裝配有由用於盛放鋁塊體(約IOX7X2cm3)(其 作為熱調節元件起作用)的更小的盒子組成的隔室，以及實施例1或實施例2中所述的任 一中等尺寸生物反應器平臺。鋁塊體被加工成剛好容納生物反應器平臺，並在它的與中等 尺寸生物反應器平臺出口相應的位置上鑽孔(直徑Imm)。擴大孔的開口以容納0型橡膠 圈(內徑(ID) 1mm)，並且出口孔裝有一根內徑0. 5mm的聚四氟乙烯管，其與微尺寸pH_電極 聯接，微尺寸PH-電極進一步與2mL注射泵聯接。pH-電極與傳感器板(sensor board)聯 ft, i^isif LabView(lK^ 8, National Instruments, Austin, Texas, USA) 的電腦聯接。將鋁塊體進一步加工以容納溫度調節元件，珀耳帖元件或加熱線圈，其與直流電 供應相聯接。將電子溫度傳感器整合入鋁塊體中。用於加熱元件的電子控制和溫度傳感器 都與傳感器板聯接。使用定製的LabView應用軟體執行基於溫度傳感器中的輸入來控制溫 度的模型預測控制(MPC)算法。圖5a中圖示說明了算法的原理，並且圖5b中的算法測試 顯示，隨溫度的程序變化，對鋁塊體測得的溫度與時間的函數。含有鋁塊體的隔室由具有可閉合蓋子的透明塑料盒組成。此盒的底面有直徑約 Icm的圓孔，其與能向隔室供應圍繞鋁塊體的空氣層流的空氣供應系統聯接。原型控制單元盒進一步裝備有兩個注射泵，每個注射泵裝有一根(內徑0.5mm) 管，其使得能夠與生物反應器平臺進氣口聯接。由LabView應用軟體經傳感器板對所有泵進行控制。
權利要求
中等尺寸生物反應器平臺，其包含兩個或更多個與培養室流體聯通的液體貯器，所述室與出口流體聯通，其中所述平臺被提供有能使所述室被來自一個或多個液體貯器的液流灌注的裝置。
2.根據權利要求1的中等尺寸生物反應器平臺，其中培養室是可以經可閉合元件或彈 性膜來物理進入的。
3.根據權利要求2的中等尺寸生物反應器平臺，其中可閉合元件包括鉸接的蓋子或滑 動的蓋子。
4.根據權利要求2的中等尺寸生物反應器平臺，其中彈性膜由具有自動封閉能力的材 料製成。
5.根據權利要求1到4中任意一項所述的中等尺寸生物反應器平臺，其中所述的能使 培養室被灌注的裝置包含能調節貯器體積的柔軟區。
6.根據權利要求1到5中任意一項所述的中等尺寸生物反應器平臺，其中所述的能使 培養室被灌注的裝置包含使外部與貯器聯接的進氣口，該進氣口包含具有約0. 1 μ m到約 0.5μπι的孔徑的過濾器。
7.根據權利要求1到6中任意一項所述的中等尺寸生物反應器平臺，其中兩個或更多 個貯器和培養室之間的流體聯通由通道提供。
8.根據權利要求1到7中任意一項所述的中等尺寸生物反應器平臺，其中生物反應器 平臺包含以一組或多組串聯連接的培養室排列的多個培養室。
9.根據權利要求1到8中任意一項所述的中等尺寸生物反應器平臺，其中生物反應器 平臺的培養室包含支持細胞生長的支架。
10.用於根據權利要求1到9中任意一項所述的中等尺寸生物反應器平臺的控制單元， 其包含用於誘導產生從兩個或更多個貯器至培養室的液體流速的裝置。
11.根據權利要求10的控制單元，其中所述裝置能夠施加正的相對壓力至所述貯器和 /或施加負的相對壓力至所述出口。
12.根據權利要求11的控制單元，其中所述裝置包含適於泵送氣體至生物反應器平臺 進氣口的泵和/或與生物反應器平臺的出口流體聯通的液體泵。
13.根據權利要求11的控制單元，其中所述能夠施加正的相對壓力至所述貯器的裝置 包括適於泵送氣體的泵，如活塞泵、注射泵、膜泵或隔膜泵。
14.根據權利要求13的控制單元，其進一步包含氣體供應，其具有含有2-10%CO2和/ 或2-20% O2的氣體組成。
15.根據權利要求11的控制單元，其中所述的施加負的相對壓力至所述出口的裝置包 含用於抽吸液體的泵，例如蠕動泵、活塞泵、注射泵、膜泵、隔膜泵、齒輪泵、微環齒輪泵。
16.根據權利要求10到15中任意一項所述的控制單元，其還包含至少一個能夠測量 ΡΗ、溶解氧(O2)、二氧化碳(CO2)、葡萄糖、營養素、維生素、代謝產物、流速、溫度、光密度、熒 光信號、特異蛋白或酶、或DNA』 s或RNA』 s的傳感器。
17.根據權利要求10到16中任意一項所述的控制單元，其還包含光源，如發光二極體 (LED)、燈泡、汞燈等，適當的濾器和光檢測器。
18.根據權利要求10到17中任意一項所述的控制單元，其還包含數字或光學顯微鏡。
19.根據權利要求10到18中任意一項所述的控制單元，其還包含溫度調節系統，該溫度調節系系統包含成形以容納生物反應器平臺的金屬塊體，該塊體包含導電線圈、珀耳帖 元件、用於加熱和/或冷卻液體的管。
20.根據權利要求10到19中任意一項所述的控制單元，其包含圍繞中等尺寸生物反應 器平臺的隔室，該隔室可以被供應氣體以在生物反應器平臺周圍產生空氣層流。
21.根據權利要求10到20中任意一項所述的控制單元，其還包含數據處理單元，該數 據處理單元能夠從傳感器收集信號，並用來自收集的信號的信息控制來自兩個或更多個貯 器中每個貯器的流速、溫度、氣體組成和/或空氣層流。
22.用於培養生物細胞的系統，其包含根據權利要求1到9中任意一項所述的中等尺寸 生物反應器平臺和根據權利要求10到21中任意一項所述的控制單元，其中中等尺寸生物 反應器平臺被包含在適配於控制單元的盒中。
23.根據權利要求22的系統，其中中等尺寸生物反應器還包含射頻識別(RFID)標籤， 並且其中控制單元包含讀取RFID標籤的傳感器。
24.培養生物細胞的方法，其包括以下步驟提供根據權利要求1到9中任意一項所述的中等尺寸生物反應器平臺；提供根據權利要求10到21中任意一項所述的控制單元；將不同的培養基施加至各個貯器；提供生物細胞至培養室；用來自一個貯器或貯器組合的培養基灌注培養室；從一個貯器到另一個貯器更換培養基或更換來自多個貯器的培養基的組合，以符合生 物細胞的要求。
25.根據權利要求24的培養生物細胞的方法，其中基於預設的按時間順序的事件系列 更換培養基或培養基的組合。
26.根據權利要求24的培養生物細胞的方法，其中基於從控制單元中的傳感器收集的 信號更換培養基或培養基的組合。
27.根據權利要求24到26中任意一項所述的培養生物細胞的方法，其中生物細胞為哺 乳動物細胞。
28.根據權利要求24到26中任意一項所述的培養生物細胞的方法，其中生物細胞為微 生物細胞。
29.根據權利要求27的培養生物細胞的方法，其中哺乳動物細胞為幹細胞或免疫系統 細胞，如單核細胞、樹突細胞或T細胞。
30.根據權利要求27的培養生物細胞的方法，其中哺乳動物細胞為未受精的或受精的 卵母細胞。
全文摘要
本發明公開了中等尺寸生物反應器(101)平臺，其包含兩個或更多個與培養室(103)流體聯通的液體貯器(102)，所述培養室與出口(104)流體聯通，其中平臺被提供有能使所述室被來自一個或多個液體貯器的液流灌注的裝置。集成的液體貯器使得在需要灌注液體的細胞培養實驗期間無需從外部供應液體至培養室。而且，由於有兩個或更多個貯器，能夠向培養室供應不同類型的液體。
文檔編號C12M1/22GK101835886SQ200880112891
公開日2010年9月15日 申請日期2008年8月1日 優先權日2007年8月24日
發明者J·M·拉爾森, U·克魯恩 申請人:智能生物系統有限公司