CELL-tainer,2D传质混合微生…

产品简介
生物生物反应器系统具有准确、较低剪切混合度和高传质速率。细胞培养中混合过程对于创造和维持生物反应器的同质环境是必不可少的。
在细胞培养液中，一次性生物反应器袋放在托盘上，然后置于摇摆的平台上，创造了一个二维的运动（包含一个波状运动）。 
通过调整摇摆的角度和频率能够增加和减少搅拌时间和氧气传送速度。Cell-tainer控制系统有三级密码保护用于保护访问。当地人的访问接口能够被管理软件阻挡，该软件允许系统被使用符合 21 CFR part 11。坚稳设计和重型电机保证了在极低的噪音水平下的无故障运行。

由于独特的二维运动和卓越的传质和混合特性，具备一次性使用的生物反应器的所有优点，细胞的生长率和生产率远远超过普通的一次性生物反应器，可媲美传统搅拌生物反应器。
CELL-tainer具备高达200L的单次培养体积，作为理想的单次使用生物反应器，适合微生物及各种细胞的培养。 目前的应用案例涉及E. coli、CHO 细胞、微生物等，可应用于工艺开发、接种和预培养、小规模生产等。

基本原理 
CELL-tainer袋式生物反应器可提供高精度低剪切率并且是高传质效率的培养模式。细胞培养的混合过程是创建和维护在生物反应器中各种因素均一的环境必不可少的过程。该系统首次应用单次使用生物反应袋来保证系统具有良好的传质效率。其原理是将生物反应袋固定在摇摆平台上的托盘中，当托盘进行摇摆运动中，培养基中创造了二维运动（包括平流和湍流），这种运动与海浪非常相似。通过调节摇臂角度，增加或减少摇摆频率，可以调整氧气的传输速率以及传输时间。CELL-tainer坚固的设计和重型电机可以保证该系统多年无故障运行。系统在运行过程中处于低噪音水平。另外，CELL-tainer控制系统设置了两层密码保护的访问级别。

图1 CELL-tainer袋式生物反应器的摇摆运动产生的波浪型流态不断对细胞进行混合，并进行氧气和营养物质的传输，同时防止细胞沉淀。 （1）非常高的传质速率

适用一次性使用的生物反应器，将一个枕形袋被定位在一个托盘中，这个托盘的运动方向包括垂直摆动结合水平转换，这种运动方式使系统具备空气——液体混合的曝气模式，系统的氧气传质速率至少可以达到100 (mmol/h).系统的氧气传质速率在12L及120L的工作体积下，都可以达到> 300 mmol/h的速率，大大高于普通的曝气头方式或者桨叶剪切曝气方式。

3系统亮点概述 
（1）非常高的传质速率 
适用一次性使用的生物反应器，将一个枕形袋被定位在一个托盘中，这个托盘的运动方向包括垂直摆动结合水平转换，这种运动方式使系统具备空气——液体混合的曝气模式，系统的氧气传质速率至少可以达到100 (mmol/h).系统的氧气传质速率在12L及120L的工作体积下，都可以达到> 300 mmol/h的速率，大大高于普通的曝气头方式或者桨叶剪切曝气方式。

图2 在不同摆动速度和培养基填充量条件下计量的氧-液传质系数20L（左）和200L（右）

（2）一次性生物反应器设计，无交叉污染 
细胞采用一次性生物反应器设计，反应袋事先进行清洗，杀菌，无交叉污染。生物反应器室是由美国药典VI级塑料， 特别适用于生物流体处理。 采用伽玛射线消毒，单次使用后丢弃。具备不可分割的进口和出口过滤器和样品取样接头。生物反应器具备多种尺寸规格，最大尺寸可达500升培养体积。可满足不同的接种规模以及实验室、工厂的小试、中试等。

图3 CELL-tainer袋式生物反应器的一次性生物反应器设计

（3）安全性高，全封闭生产 
CELL-tainer袋式生物反应器是理想的病毒或疫苗生产工具，具备多种应用程序满足cGMP的操作要求。


图4 CELL-tainer袋式生物反应器的基本结构

（4）多种传感器保证系统全程精确控制 
温度通过内置的加热器单元来控制，pH值通过气体混合单元改变二氧化碳浓度来控制。同时可以监测的参数还包括DO、酸碱度、氧气和二氧化碳含量、温度、PH值等。外接HPLC可以同时监测葡萄糖含量以及多种代谢产物含量，并可以进行生物量的计算。

图5 CELL-tainer袋式生物反应器的传感器系统

图6 单次使用生物反应袋各种接口组成

（5）细胞密度高，批量规模生产 
装置应用摇摆运动引起波浪运动进行氧气和营养传质，无剪切或气泡喷射混合装置。特殊的摆动装置产生自由表面，从生物反应器的顶部到液体之间产生无气泡的氧转移，不会对细胞产生剪切。，细胞密度高达7×10个细胞/ mL ，可以实现规模化培养生产。

图7 Escherichia coli BL21培养过程中细胞生物量生长曲线 
Time course of the cell dry weight achieved in nutrient- limited fed-batch cultivations of Escherichia coli BL21 in a working volume of 12L in the CELL-tainer 20 (dashed line) and 120L in the CELL-tainer 200 (straight line)

celltainer具有最佳的混合和传质能够保障最佳的过程效率——在生物过程中微生物的生理状态和微环境的基础条件是混合和传质!同时，生物过程需要在可控的环境下运行。需要检测和控制的参数包括温度，pH，溶氧，二氧化碳浓度，培养基组分等。

• 生物生物反应器系统具有准确、较低剪切混合度和高传质速率


为什么要最佳的传质效果？

• 同一个袋子规模化扩展: 
  专利设计单一槽体线性放大，无需过多的接种步骤，可降低污染败槽的风险, 20L的槽体工作体积范围广达150ml~20L; 200L的槽体工作体积范围广达5L~200L。

• 一次性: 抛弃式槽体，无需清洁确效，省人力以及确校周边的设备耗材，降低败槽风险

• 易用: 操作简单

• 集成传感器: 采用拋棄式pH, DO sensor, 位于草薙正中央底部, 并有cup设计, 可避免讯号跳动大及减低讯号不正常跳动频率。

• 可堆叠: 20L設備可以彼此垂直堆疊、節省空間。

• 精确的温度控制: 位于袋子下方有溫度sensor, 由于优异的混合效果，温度控制准确不会有温度梯度现象，槽体本身是个培养箱可控温

• CELL - tainer支持微生物发酵和动物细胞培养；

• 方便的过程开发和细胞扩大培养；

• 生物过程条件全面的检测和控制，包括培养液中的温度，pH，溶氧，转速，制冷等。

• 拥有专利的一次性生物反应器技术提供快速混合和高效传质

• 拥有专利的二维混合，保证了优越的传质。

• 可叠放，减少实验室占地和空间

• CELL-tainer是唯一能够用于绝大多数微生物发酵的一次性生物反应器，制冷能力达到500瓦

• CELL-tainer控制系统用三层密码保护;

• 坚实的设计和重载电机保证了长久的无故障低噪声运行

• 系统扩展性强

• 节约：


 所有这些步骤在CELL-tainer中只需要一个反应袋来完成。如果每年运作16批次，可节省费用15000欧元。 
 计算依据是每批次节省2小时的操作时间，一个反应袋，降低5%的染菌风险。此外，节省任何其他的设备还没有计算在内

4、适用领域 
目前的应用案例涉及动植物、微生物、藻类以及来自动物的不同细胞系。E. coli、CHO 细胞（中国仓鼠卵巢细胞，目前生物工程上广泛使用的细胞）、各种微生物等方面案例较多，可应用于工艺开发、接种和预培养、小规模生产等。细胞袋配有ReadyMate连接器（快速接头），便于对下游实验及样品和产物分析等工作进行快速无菌连接。

应用案例1：海洋微藻培养( 海洋微藻对剪切非常敏感，在不锈钢培养罐中会导致细胞破碎，应用CELL-tainer袋式生物反应器取得了良好的培养效果)

应用案例2：E.coli批式培养，对麦芽糖淀粉酶（maltogenic amylase ）达到了非常高的产量，系统一直保持较高溶解氧水平

主要参数

应用文献：

	Oosterhuis, N.M.G., Junne, S., E. Coli cultivation in a 12L and 120L CELL-tainer? Single-Use Bioreactor,BioProcess International, Industry Yearbook, 2013-2014, 78-79.
	Oosterhuis, N.M.G., Neubauer, P., Junne, S.,Single-use bioreactors for microbial cultivation, Pharm. Bioprocess., 2013, 1(2), 167-177.
	Junne, S., Solymosi, T., Oosterhuis, N., Neubauer, P., Cultivation of Cells and Microorganisms in Wave-Mixed Disposable Bag Bioreactors at Different Scales, Chemie Ingenieur Technik, 2013, 85, no 1-2, 1-12.
	Thomassen, Y.E., Welle, J.E. van der, Eikenhorst, G., Pol, L.A. van der, Bakker, W.A.M., transfer of an adherent Vero cell culture method between two different rocking motion type bioreactors with respect to cell growth and metabolic rates, Process Biochemistry, 47, 2012, 288-296.
	Oosterhuis, N., Berg, H. van, How multipurpose is a disposable bioreactor, BioPharm International, 2011, March, 2-7.
	Oosterhuis, N.M.G., Hudson, T., D’Avino, A., Zijlstra G.M., Amanullah A. ,Bioreactors – Design, Disposable Bioreactors, In: Murray Moo-Young (ed.),Comprehensive Biotechnology, Second Edition, volume 2, pp. 249–261, Elsevier, 2011.

	Lee, W., Oosterhuis, N., Neubauer, P., Junne, S., Microbial cultivation in different scales in the CELL-tainer? rocking single-use bioreactor, BioProcess International Poster Hall, 2013.
	Solymosi, T., Oosterhuis, N., Neubauer, P., Junne, S., Characterization and scale-up of a wave mixed single-use bioreactor (CELL-tainer?), Achema, 2012.
	Oosterhuis, N.M.G., Dongen, F. van, A single-use bioreactor for both cell and microbial cultures, BioProcess International Poster Hall, 2011.
	Chaudet, N., Roze, D., Guillaume, J-M., Jourdat, C., Single-use bioreactor for high density bacterial fermentation: evaluation of the CELL-tainer? bioreactor, 6th Recombinant Protein Production Conference, 2011.
	Thomassen, Y.E., Welle, J.E., Oosterhuis, N.M.G., Pol, L.A. van der, Bakker, W.A.M., Vero cell growth in the CELL-tainer? disposable bioreactor, ESACT Conference 2011.
	Hillig, F., Niedzióka, A., Jahns, S., Junne, S., Neubauer, P., Docosahexaenoic acid (DHA) production in the heterotrophic marine microalgae Crypthecodinium cohnii, ECAB conference, 2011.
	Demay, S., Exbrayat, G., Chaudet, N., Roze, D., Jourdat, C., Guillaume, J-M., Single-use bioreacrots for bacterial fermentation: evaluation of different technologies for cultures of aerobic and anaerobic strains from 3L to 200L scale, RAFT IX conference, 2011.
	Biezen, N.A. van, Schouwenberg, J.E., Oosterhuis, N.M.G., Tromper, A., Lokman, C., Single-use bioreactors for the production of a heterologous peroxidase by Aspergilli, European Conference on Fungal Genetics, 2010.
	Hartlep, M., Künnecke,W., Oosterhuis, N., On-line glucose measurement in disposable bioreactors, Benediktbeuren Conference Germany, 2010.
	Oosterhuis, N.M.G., Tromper, A., Biezen, N.A. van, The new age in bioprocessing: single-use bioreactors for microbial applications, 14th International Biotechnology Symposium, 2010.
	Oosterhuis, N.M.G., Berg, H. van der, Tromper, A., Innovative tool for flexible bioprocessing, Biowin Conference Belgium, 2010.
	Ommen., R. Van, Tromper, A., Hartog, M. den, Snel, D., Berg, H. van den, Boon, L., Levebvre, P., Oosterhuis, N., CELL-tainer? single use bioreactor supports high cell densities using serum-free suspension CHO cells, ESACT Conference 2009.
	Man, S., Tromper, A., Oosterhuis, N., Boon, L., Levebvre, P., Hartog, M. den, CELL-tainer? single use bioreactor supports the growth of a rat-anti-mouse IgG2a producing hybridoma, ESACT Conference 2009.
	D’Avino, A., Zijlstra, G., Oosterhuis, N., Berg, H. van der, High cell density cultivation of PER.C6? cells in the CELL-tainer? single use bioreactor, ESACT Conference 2009.