[0001] 本发明涉及生物体培养技术领域，尤其是涉及一种生物反应器。

[0002] 生物反应器是利用生物体所具有的生物功能，在体外或体内通过生化反应或生物自身的代谢获得目标产物的装置系统、细胞、组织器官等。现阶段应用最广泛的罐式生物反应器是利用机械搅拌或气升式实现混合和供氧，但其对细胞产生较高的剪切力而导致的细胞损伤。

[0003] 波浪生物反应器在设计原理上摒弃了机械搅拌和气升式混合，尤其适用于对培养过程中混合和通气所产生的剪切力敏感的细胞培养。该反应器将细胞和培养液置于无菌的一次性细胞培养袋中，放在摇动平台上。通过平台摇动在培养液中产生的波浪代替搅拌和气升实现培养物的均匀混合，同时波浪使气体通过与培养物的表面接触实现氧气传递，从而产生一个低剪切力和相对高传氧效率的培养环境，实现细胞的高效培养生长和目标产物的生产。现有技术中生物反应器需要搭配独立的控制柜，电源及控制电路集成安装于控制柜内，由此，在控制柜与摇床之间需要较多的线路进行通讯连接，不仅存在线路错乱、损坏风险，而且存在设备占地面积过大的技术问题。

[0038] 下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0039] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。公式中的物理量，如无单独标注，应理解为国际单位制基本单位的基本量，或者，由基本量通过乘、除、微分或积分等数学运算导出的导出量。

[0040] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0041] 如图1、图2、图3、图5和图6所示，本发明实施例提供的生物反应器，包括：机体组件100、摇床组件200、摇摆驱动组件300和电控组件400；摇摆驱动组件300安装于机体组件100内；电控组件400安装于机体组件100和/或摇床组件200；摇床组件200安装于机体组件100的上方，且摇床组件200与摇摆驱动组件300传动连接。实现了电控组件400的集成化安装，无需外置独立的控制柜，有利于缩短电控线路，并且减小了生物反应器的占地面积。

[0042] 在本发明实施例中，电控组件包括：PLC控制器401、摇摆控制模块402、通讯模块403和人机交互模块404，摇摆控制模块402、通讯模块403和人机交互模块404分别与PLC控制器401连接，摇摆控制模块402与摇摆驱动组件300连接。其中，摇摆控制模块402包括伺服驱动器，通过伺服驱动器对摇摆驱动组件300的转速和角度进行无级调速。人机交互模块
404可包括显示屏或语音设备，工作人员可通过人机交互模块404获知细胞培养过程中的相关参数。

[0043] 如图3和图6所示，电控组件还包括：温度传感器405和加热器406，温度传感器405和加热器406分别安装于摇床组件200上，且温度传感器405和加热器406分别与PLC控制器401连接。

[0044] 具体的，温度传感器405通过热敏电阻实时检测置于摇床组件200上的细胞培养袋的温度，PLC控制器401根据温度信号模拟量分析，并与设定的目标值进行对比，从而判断是否需要启动加热器406，以及加热器406的加热时间，加热器406由PLC控制器401控制适时开启或停止发热，从而实现恒温控制。

[0045] 如图6所示,电控组件还包括：pH Eom变送器407和第一流量控制器408，pH Eom变送器407和第一流量控制器408分别与PLC控制器401连接；pH Eom变送器407用于接收设置于细胞培养袋上的pH光学传感器反射的光信号,通过计算得出培养液内实时pH值(酸碱值)，再通过通讯模块403进行通讯将pH值传递给PLC控制器401。通过与设定的目标值进行对比，计算得到所需酸碱流体的目标流量，第一流量控制器408安装于细胞培养袋的培养液管路，通过第一流量控制器408控制进入培养液的酸碱流体的流量，从而调整pH值至目标值。

[0046] 进一步的，电控组件还包括：DO Eom变送器409和第二流量控制器410，DO Eom变送器409和第二流量控制器410分别与PLC控制器401连接；DO Eom变送器409用于接收设置于细胞培养袋上的DO光学传感器反射的光信号，通过计算得出培养液内实时DO值(溶解氧含量)，再通过通讯模块403将DO值传递给PLC控制器401；通过与设定的目标值进行对比，计算得出所需不同含氧量气体的目标流量，第二流量控制器410安装于细胞培养袋的气体管路，通过第二流量控制器410控制进入培养液、具有不同含氧量气体的流量，从而将培养液DO值调整至目标值。

[0047] 如图2和图6所示，电控组件还包括称重模块411，称重模块411与PLC控制器401连接，且称重模块411用于检测摇床组件200上的培养液重量。

[0048] 具体的，称重模块411包括：称重接线盒和称重变送器，对应机体组件100的地脚111设置多个称重传感器，通过称重传感器检测生物反应器、培养液及细胞的整体重量，接线盒将质量信号输出至称重变送器，称重变送器通过通讯模块403进行通讯将质量信号传递至PLC控制器401，从而可以实时检测细胞培养过程中的细胞的重量变化值。

[0049] 如图1、图2、图3、图4和图5所示，摇床组件200包括：摇床托盘210和连接于摇床托盘210底部的支撑臂220；支撑臂220延伸至机体组件100内，并与摇摆驱动组件300连接。

[0050] 具体的，摇床托盘210的底部连接有至少一个支撑臂220，支撑臂220穿过下壳体120，并连接于摇摆驱动组件300。摇摆驱动组件300包括摇摆器，并采用伺服电机提供动力，从而确保设备持久耐用且安全稳定。在可选的实施方式中，还可采用伺服电机驱动曲柄连杆机构，通过连杆带动摇床托盘210绕铰接轴往复摆动。

[0051] 如图3所示，摇床托盘210上设有至少一个细胞培养工位211，细胞培养工位211设有向下凹陷的弧形承载面，弧形承载面的轴线与摇床托盘210的摆动轴线平行或共线。

[0052] 通过弧形承载面承载细胞培养袋，从而可使细胞培养袋更好地贴合于摇床托盘210。此外，弧形承载面的弧度与细胞培养袋摇摆路径弧度相匹配，在使细胞培养液形成波浪的同时，还可以避免形成翻覆式波浪，从而避免细胞受到过大的冲击作用。

[0053] 进一步的，摇床托盘210上安装有第一夹具212和第二夹具213；沿摇床托盘210的摆动周向，细胞培养工位211位于第一夹具212和第二夹具213之间，通过第一夹具212和第二夹具213分别夹持细胞培养袋的侧边，从而可以防止细胞培养袋在大角度、高转速摆动过程中松脱。

[0054] 如图1和图3所示，摇床托盘210上安装有上盖230，上盖230设有观察窗231。通过上盖230可对置于摇床托盘210上的细胞培养袋进行保温和防护，从而避免外部环境温度导致培养液温度分布不均。通过观察窗231可以在不开启上盖230的情况下观察细胞培养情况，还可以通过开启观察窗231对细胞和培养液进行取样。

[0055] 进一步的，上盖230配置有向顶部凸起的弧形板面232，弧形板面232的弧度可以与细胞培养袋工作时的弧度相匹配，而且减少了生物反应器占用的工作空间。

[0056] 进一步的，为了便于上盖230的开闭操作，上盖230与摇床托盘210可采用卡扣连接、凹凸块扣合或磁吸等活动连接方式连接。

[0057] 如图1所示，摇床组件200与机体组件100之间安装有防尘罩500，防尘罩500采用柔性件，优选配置为风琴式防尘罩，不仅不会妨碍摇床组件200相对于机体组件100摆动，而且可以防止外部灰尘进入到机体组件100内部。

[0058] 本实施方式中，机体组件100包括：底板110和连接于底板110的下壳体120，底板110与下壳体120之间形成腔室，摇摆驱动组件300和电控组件400皆安装于腔室内。电控组件400的组成部件中除少数需要安装于摇床组件200的传感器，其余部件皆集成安装于下壳体120中，不仅减少了相关管路及控制电路的相关配置，而且无需外置独立的控制柜，提高了设备集成度，减小了生物反应器的占地面积。

[0059] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。