本發明涉及細胞培養領域，一種用于細胞培養的載體。

背景技術：

細胞培養是指在合適的培養條件下，動物細胞離體生長和增殖，并保持其特征和功能的技術。來自于動物實體組織的大多數細胞需要貼壁單層生長。只要它們沒有轉化為非貼壁依賴性的，必須貼附在合適的固體介質上并鋪展，才能開始生長。

傳統的細胞培養是使用細胞培養皿進行培養，培養皿經過處理適于細胞貼附和生長，一個傳統的培養皿提供了78.52cm²并可以可支持10⁶-10⁷個細胞貼附生長。隨后，人們開始使用細胞轉瓶，滾瓶、以及中空纖維等裝置進行細胞培養。此種方法工藝勞動強度大，細胞產量低，產品批間差異大，且容易造成污染，耗時耗力，并不能滿足現今社會上對細胞產物大批量培養的需求。

微載體是細胞培養中所使用的一類無毒性、非剛性、密度均一、透明的小顆粒。能使貼壁依賴性細胞貼附在顆粒表面進行懸浮培養，從而增加細胞貼附生長的面積，有利于細胞的大規模培養和收集。

最早使用微載體培養技術的是1967年Van Wezel利用離子交換凝膠(DEAE-Sephadex A50)作為載體，輕微攪動即可使該離子交換凝膠成為微小的顆粒懸浮在培養基中，由于這種微載體帶有電荷，利于細胞貼附于載體上進行生長繁殖，而且載體處于懸浮狀態不僅可大大增加細胞附著面積，又使細胞能與培養基充分接觸，進而有利于細胞的生長，因此能達到大量培養細胞的目的。

微載體培養是目前公認的最有發展前途的一種動物細胞大規模培養技術，由于其兼具懸浮培養和貼壁培養的優點，且放大容易，已廣泛用于培養各種類型細胞，生產疫苗、蛋白質產品，如293細胞、成肌細胞、Vero細胞、CHO細胞等。良好的細胞培養微載體具有以下特點：表面積/體積(S/V)大，單位體積培養液的細胞產率高；把懸浮培養和貼壁培養融合在一起，兼有兩者的優點；可用簡單的顯微鏡觀察細胞在微珠表面的生長情況；簡化了細胞生長各種環境因素的檢測和控制，重現性好；培養基利用率較高；容易進行放大培養；細胞收獲過程不復雜；勞動強度??；培養系統占地面積和空間小。目前已開發了多種商業化的微載體，包括葡聚糖微載體、聚賴氨酸液體微載體、大孔明膠微載體、纖維素微載體、殼聚糖微載體、甲殼質微載體、聚苯乙烯微載體、聚氨酯泡沫微載體、藻酸鹽凝膠微載體以及磁性微載體等。

大規模的細胞培養是通過哺乳動物細胞培養生產病毒疫苗或蛋白產品的有效途徑。貼壁依賴性細胞貼附在微載體上利用生物反應器懸浮培養成為迄今最常用、最有效的細胞大規模培養模式之一。

目前市場上使用的商品化微載體主要有：如GE公司的CytodexⅠ、CytodexⅡ、CytodexⅢ和Thermo公司的Cytopore，Cytoline，Biosilon、CultispherG等，以上的微載體因為其制作需要經過多種生物反應溶劑、高分子聚合物材料以及添加劑、還原劑等相互反應、中和以及清洗，工序繁多，工藝復雜，所以價格昂貴，目前的市場價已達每公斤3-10萬元人民幣，還時常出現供貨不及時的現象。而且由于此類微載體的尺寸在幾微米到幾百微米不等，體積微小，在細胞大規模培養時需要大量的微載體置入反應器內，容易造成微載體堆積，使得相連的微載體之間的空隙很小，細胞生長密度比較大，在底部及中心部位的細胞就很難獲得細胞增殖所需的充足養分，以及影響細胞消耗過的廢物排放，使得細胞的生長環境和生長狀態變差，容易造成底部的細胞生長緩慢甚至死亡。受損死亡的細胞從載體上脫落進而影響其它細胞的生長。如果是干細胞，則更容易產生非特異性分化。

因此，開發出細胞培養領域中適合于多種動物細胞大規模培養所用的載體，具有廣泛的應用前景，對促進生物反應器載體大規模細胞培養技術的發展具有重要的歷史意義。

本發明的目的是為生物細胞的增殖培養提供一種生長載體，使其可以擁有更大的細胞吸附生長空間，并在載體之間的空隙形成適合細胞生長的微環境，可以大規模培養所需的細胞。并隨著培養容器或者反應器的運動實現攪拌培養基的功能，避免由于傳統的反應器采用機械式攪拌原理而產生剪切力，從而造成細胞受損，甚至死亡。

此外，也可以給載體增加可磁化物質，使之可以通過外部磁場控制載體的運動、分布以及狀態，實現更均勻的攪拌培養基液體和形成更優的細胞生長微環境。

本發明具有結構及制造工藝簡單、操作方便等優點，適用于作為大規模培養生物細胞的生長載體。其特點是：將載體置入培養容器或者反應器中，通過磁場或者依靠其浮力或者重力，使得載體在培養容器或者反應器中上浮、下沉或者懸浮，并在此過程中攪動培養基溶液，使液體中的養分充分均勻化，可以為培養的懸浮細胞提供良好的代謝支持，并可以讓貼壁細胞更容易吸附在載體上生長、增殖。

技術實現要素：

本發明公開了一種新型的用于細胞培養的載體。

本發明所涉及的一種新型的細胞培養的載體，其主要是由單一材料或混合物材料整體注塑成型為實芯或空芯形體，或由單一材料或混合物材料整體加工成型為實芯或空芯形體，或由外包表殼、內置芯物等構成實芯或空芯形體，或由載體主體、內置芯物、封蓋等構成實芯或空芯形體。其特征在于，整個載體成型后形成一個密閉的整體，載體的尺寸值范圍為：大于等于1mm，小于培養容器的內壁邊長；這一特點使之明顯不同于其它發明中的微載體，其主要是載體外壁提供給細胞附著生長、實現載體攪拌細胞培養容器里液體的功能并使懸浮細胞均勻分布。

以上所述的載體可由多個結構零件結合組成一個整體形體，各個零件采用二次或多次注塑連接成密封的整體，或采用膠水粘接成一個密封的整體，或采用超聲波焊接成一個密封的整體，或在結構上采用過盈配合壓合成一個密封的整體，或采用螺紋擰合成一個密封的整體，或采用激光燒結成一個密封的整體，或采用加熱熱熔成一個密封的整體等各種結合方式。

以上所述的載體是形狀為球形或橢球形或圓餅形或擁有多邊形輪廓的平滑無棱角物體。

以上所述的載體的最優的尺寸值范圍為：大于等于1mm，但小于培養容器的內壁邊長。

以上所述的載體的外壁表面可制作成光滑面，或可以制作成圓滑的凹凸曲面，或可以制作成波紋面等多種曲面形式。

以上所述的載體成型后的密度與培養基液體的密度比值應滿足：0<d<2，d為載體密度與培養基液體密度比值，最優的比值范圍為：0.95<d<1.05，以保證其在培養容器內的培養液里可憑自身浮力或重量實現上浮、下沉或懸浮在培養基液體中。

以上所述的內置芯物可由坡莫合金、硅鐵軟磁合金、四氧化三鐵和鐵、鈷、鎳及其合金等導磁性高的順磁性金屬材料制成。以保證載體在沒有磁場的環境下，沒有磁性，從而不會產生相互吸引聚集功能。而在有磁場的環境下，能受到磁力控制進行運動

以上所述的內置芯物可嵌在載體主體端面開口處，或可以放置在載體主體內的凹槽底部，將封蓋嵌裝在載體主體上部密封。

以上所述的內置芯物由單一的塊狀、片狀或顆粒組成，或由多個塊狀、片狀或顆粒組成，或由粉末組成，可以根據磁場方向運動。

以上所述的載體主體材質可以采用聚苯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、PBS樹脂、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、硝酸纖維、聚氨酯等塑料材質，也可以采用玻璃、陶瓷等非金屬材質，還可以采用不銹鋼等金屬或者合金金屬材質。

以上所述的載體在置入細胞培養容器內并培養細胞時，載體的尺寸值應滿足x<L/2，其中x為載體的任意徑長(如圓形珠子的直徑，橢圓型珠子的最長徑或最短徑)，L為培養容器內部型腔中最短的兩個邊長中任意一個長度，在邊長的尺寸能滿足裝入多個載體時，其尺寸值范圍應滿足以下公式：L/n>x>L/(n+1/2)；最佳的尺寸值范圍為；L/(n+1/10)>x>L/(n+1/3)。n為載體的個數。

以上所述的載體可以在表面采用親水或疏水處理，或表面附著溫敏性分子聚合物等物質。

本發明相對于市場上現有的載體，具有以下一些優點：

①、本發明結構簡單，加工制造方便，生產工藝簡便，成本低，可以實現規?；⒋笈康纳a制造。

②、本發明由于加工及生產制造成本低，采用一次性使用方式培養細胞，無需重復多次使用，從而避免產生殘留污染、清洗不便以及滅菌的問題。

③、本發明可以在細胞培養容器或反應器內，依靠磁場或者重量與培養基溶液的比重來實現上浮、下沉和懸浮的功能，以此在培養基溶液內實現攪拌的功能。

④、本發明由于其本體尺寸比較大，在1mm以上，可以在大規模細胞培養時，載體堆積后，能在載體之間形成較大的空間，滿足懸浮細胞的生長以及細胞成長所需養分的交換。

本發明通過結構上的改進極大的提高了培養細胞的載體的生產制造成本，優化了細胞培養的難度，可以方便簡捷地實現多種類型細胞的增殖，并可以規?；?、大批量的培養細胞。

附圖說明

圖1為本發明單一材質球形載體的截面結構示意圖。

圖2為本發明空心球形導磁載體的截面結構示意圖。

圖3為本發明復合導磁球形載體的截面結構示意圖。

圖4為本發明表面處理球形載體的截面結構示意圖。

具體實施方式

在下文中將參考以上的附圖詳細描述本發明的實施例，參考這些附圖，其中在整個視圖中，相似的參考特性指定為類似的或相應的部件。在本發明中的實施例中，哪些判斷為能夠令本發明的主旨造成不必要的模糊的公知性能和結構的詳細描述被忽略掉。

以上所述的用于細胞培養的載體的實施例，是為了對本發明的進一步說明，不應理解為完全覆蓋本發明所包括的內容。并且不用于限制所有容器結構件的材料的種類，以及在對于本實施例中所定義的所基本參數的限制。

實施例一：

如附圖1所示的單一材質球形載體的截面結構示意圖，單一材質的球形載體可包括：實心球形載體1和空心球形載體2。實心球形載體1其特征在于：采用聚苯乙烯或聚丙烯或聚碳酸酯或聚四氟乙烯等聚合物材料注塑或機械加工成為實心球體，也可采用或玻璃、陶瓷等非金屬材質加工成為實心球體。球體的直徑為6mm，由于其整體的密度比培養基液體的密度大，所以在反應器或培養容器內，該載體會沉降在培養基液體的底部?？招那蛐屋d體2其特征在于：采用聚苯乙烯或聚丙烯或聚碳酸酯或聚四氟乙烯等聚合物材料注塑或機械加工成為空心球體，也可采用或玻璃、陶瓷等非金屬材質加工成為空心球體。球體的直徑為6mm，由于其整體的密度比培養基液體的密度小，載體會懸浮在反應器或者培養容器中培養基液體的上面。在培養過程中，需要反應器或培養容器能實現轉動或擺動，能夠使載體上下或左右或按設定軌跡運動。

實施例二：

如附圖2所示的空心球形導磁載體的截面結構示意圖，其特征在于：主要由外殼1和內芯2構成。外殼1采用聚苯乙烯或聚丙烯或聚碳酸酯或聚四氟乙烯等聚合物材料做為中間為空芯的球體外殼，內芯2采用帶有導磁性能的四氧化三鐵或者硅鋼片。內芯2置入在外殼1內部的空間內。整個球體的直徑為6mm，內徑空芯直徑為4mm。載體通過置入四氧化三鐵或者硅鋼片的重量來控制整個載體的重量，使其整體的密度相對于培養基液體密度對比的大小來控制載體在培養基液體中上浮、懸浮或者下沉。使整個載體在有磁場的環境下，能夠實現吸附細胞，并且載體能夠吸附在反應器或培養容器的磁極端。載體在培養基液體中運動時，可起到攪拌培養基液體的作用，同時可以增大貼壁細胞的可增殖的表面積，提高培養的效率。

實施例三：

如附圖3所示的復合導磁球形載體的截面結構示意圖，其特征在于：主要由球蓋1、封蓋2、磁芯3和球體4構成。磁芯3置入球體4中間的空間內，再將封蓋2蓋在球體4上端面上，使球體4內的空間形成密閉的空間，再將球蓋壓住封蓋2合在球體4上，使載體形成一個圓形的密閉整體。球蓋1和球體4可由聚碳酸酯、聚丙烯、PBS樹脂、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、硝酸纖維、聚氨酯等材料注塑成型。磁芯3采用可導磁的四氧化三鐵或硅鋼片制成。封蓋2在不影響重量的情況下可以采用塑性材料注塑或者金屬、非金屬等材料加工制成。也可以用和磁芯3相同的材質，增大磁性。球蓋1可以采用整體包裹封蓋2注塑在球體4上；也可以采用超聲波焊接在球體4上；也可以采用激光燒結使球蓋1和球體4粘接在一起，形成一個密閉的載體；還可以采用整體加熱，使球蓋1和球體4熔接形成密閉的整體。載體在磁場環境下能夠隨磁場的變化而運動，從而能在反應器或培養容器中實現攪拌培養基液體的功能，并能作為貼壁細胞生長、增殖的附著物，使得細胞在同一環境下取得最大化的培養效果，提高效率。

實施例四：

如附圖4所示的表面處理球形載體的截面結構示意圖，其特征在于：主要由空心球體1和表面涂層2構成。空心球體1由混合有導磁性的材質制成，再在空心球體1表面附著一層無毒性的處理層。表面處理可以采用等離子親水或疏水處理，也可以采用附著溫敏性分子聚合物，也可以表面附著明膠或膠原蛋白等。處理過的載體表面無毒性，適合貼壁細胞生長、增殖。同時由于里層的空心球體1帶有導磁性質，可以在反應器或培養容器中的磁場中運動，在攪拌培養基液體的同時，作為貼壁細胞的生長附著物，增大細胞培養的表面積，提高培養效率。

以上所述的載體的實施例，是為了對本發明在細胞培養中的進一步說明，不應理解為完全覆蓋本發明所包括的內容。并且不用于限制所有載體結構件的材料的種類，以及在對于本實施例中所定義的所基本參數的限制。