细胞培养装置的制作方法

xiaoxiao2020-6-24  6

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专利名称:细胞培养装置的制作方法
技术领域
本发明通常涉及一种细胞培养装置,以及更具体地涉及一种用于培养细胞的连通托盘的堆叠。
背景技术
包括堆叠托盘的细胞培养系统对大规模的细胞培养来说是有用的,并且已经普遍用作传统滚瓶、生物反应器等的替代物。示例性的堆叠托盘系统包括NUNC CELL FACTORY系统(由位于丹麦洛斯基尔德的Nunc A/S公司出品)、Corning CELLSTACK (由位于马萨诸塞州洛厄尔的Corning Inc.公司出品)和Millipore MILLI CELL HY瓶(由位于马萨诸塞州比尔里卡的Millipore Corp.公司出品)。这种系统包括一个或多个培养托盘,与传统装置相比,每个托盘具有较大的细胞生长表面积,例如通常为至少200cm2的表面积。例如,NUNC CELL FACTORY系统包括托盘的堆叠,其中每个托盘约335毫米长、205毫米宽,以提供约632cm2的细胞生长表面积。这些托盘以单个托盘或以通常包括两个、四个、十个或四十个托盘的堆叠而市售。构成堆叠的托盘通常经由超声波焊接而附接。这些系统还具有约14.65毫米的高度且建议容纳约200毫升的生长培养基。鉴于每个托盘的培养表面积约为632cm2,约200毫升的生长培养基将在托盘内具有约1.5毫米的高度,约12.6毫米的剩余高度(在除去底壁所占厚度、例如约0.5毫米之后)被认为是顶部空间。通常情况下,托 盘的堆叠配备气体交换器,所述气体交换器具有在托盘之间提供流体连通的气体导管和用于给堆叠通风的至少一个加工孔。气体交换器为堆叠内的所有托盘提供快速且基本均匀的气体分布。虽然堆叠的托盘培养系统已被广泛使用,特别是应用于培养细胞的大规模培养,但是堆叠的托盘占据大量的培养箱、实验室和存储空间,特别是当购买的是包括十个或更多个托盘的堆叠时。因此,在不增加堆叠的高度或占地面积(footprint)的情况下,增加每个堆叠的总生长表面积将是有利的。生长表面积的增加将减少提供给定表面积所需的堆叠托盘系统的数量,并减少被堆叠占据的培养箱、实验室或存储空间。然而,传统观点认为细胞的正常生长需要在每个细胞生长表面积上方具有相当体积的空气空间,例如在细胞培养物上方的大于3毫米(在竖直维度上)的空气空间。替代性地,传统的装置包括具有显著的氧气和/或二氧化碳可渗透性的底表面材料(例如,硅树脂或3密耳的双向拉伸聚苯乙烯薄膜)。因此,在无附加的托盘或不增加托盘占地面积的情况下,优化总生长表面积对于空间问题是一项重大的挑战。

发明内容
本发明克服了包括可堆叠托盘的传统细胞培养装置的前述问题和其它不足、缺点和挑战。虽然将结合某些实施例对本发明进行描述,但应理解本发明并不限于这些实施例。与此相反,本发明包括可包含于本发明的精神和范围之内的所有替代、修改和等同物。根据本发明的一个实施例,提供一种用于培养细胞的细胞培养装置。所述细胞培养装置包括多个托盘,每个托盘具有细胞生长表面和从细胞生长表面向上延伸的至少一个壁。所述至少一个壁配置成在其上接纳附加的托盘。多个托盘的数量与多个托盘的高度尺寸的比率大于或等于约每12毫米I个托盘。根据本发明的另一其它实施例,一种制备用于细胞培养的托盘的堆叠的方法包括:将第一托盘相对于第二托盘定位在堆叠位置。第一和第二托盘包括侧壁、端壁、限定于侧壁和端壁内的沟槽、底部以及悬垂于所述底部的舌状件。在所述堆叠位置,第一托盘的沟槽接纳第二托盘的舌状件。本发明的又一实施例涉及一种细胞培养托盘。所述细胞培养托盘包括托盘底部,其具有面朝上的细胞生长表面和面朝下的表面。至少一个壁从细胞生长表面向上延伸并且包括顶部边缘。至少一个通风端口贯穿托盘底部。所述至少一个壁包括从顶部边缘向下延伸、并限定沟槽内壁和沟槽外壁的沟槽,所述面朝下的表面包括悬垂于其的舌状件。所述沟槽配置成接纳定位在所述细胞培养托盘上方的另一托盘的舌状件,所述至少一个通风端口配置成与所述另一托盘的至少一个通风部分对齐。本发明的上述及其它目的和优势将从附图和对其的描述中变得明显。


并入说明书中且构成本说明书一部分的附图示出本发明的实施例,并连同上面给出的一般性描述和下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本发明的原理。在附图中,相应或相同的附图标记或符号指示相应或相同的结构。图1是示出根据本发明一个实施例的细胞培养装置的透视图。

图2是两个细胞培养装置的堆叠的剖视图,其中每个细胞培养装置均类似于图1的细胞培养装置。图3是权利要求1中细胞培养装置的一个端口的放大透视图。图4是图1中细胞培养装置的一部分沿图1中4-4线截取的剖视图。图5是图4中由附图标记5圈划的连续托盘间的接头的放大视图,所述托盘构成图1的细胞培养装置。
具体实施例方式现在参照附图,特别是参照图1来描述根据本发明一个实施例的细胞培养装置10(“装置”10)。该装置由多个托盘12a、12b、12c、12d组成,每个托盘配置成用于细胞的培养。每个托盘12a、12b、12c、12d相对于另一托盘12a、12b、12c、12d竖直地堆叠。示例性实施例中包括四个托盘,但是托盘12a、12b、12c、12d的数量可以变化。托盘12a、12b、12c、12d配置成彼此流体连通,并因此提供装置总容积,其为各个托盘12a、12b、12c、12d的每个容积13a、13b、13c、13d(图2)的总和。装置总容积与装置10的外部环境之间的气体交换可经由一个或多个通风端口 14来进行。关闭件16,16'可与定位在堆叠顶部处(或者如果仅需单个托盘,则定位在托盘中)的托盘12d的每个通风端口 14相关联。在一些实施例中,关闭件16可包括低轮廓形状以便于如图2所示那样进行两个或更多个的装置10的堆叠。用于和装置10—起使用的低轮廓关闭件16,16'的一个实例在与本申请同日提交、标题为“VENTABLE CLOSURE WITH PORT”(代理人案卷编号NAC-147US)的第XX/XXX, XXX号美国专利申请中有所描述,其公开内容以其整体通过引用并入本文。仍参考图1,每个托盘12a、12b、12c、12d包括限定生长表面20的底板或底部18,以及从托盘12a、12b、12c、12d的底部18向上延伸的至少一个壁。虽然托盘12a、12b、12c、12d可结合任何适当的形状,包括例如矩形、方形、圆形、圆圈形、长圆形、椭圆形、多边形或梯形,但所示装置10基本为矩形,并包括从托盘12的底部18向上延伸的两个基本平行的端壁22和两个基本平行的侧壁24。在堆叠时,一个托盘的底部18可向位于所述一个托盘下方的紧邻托盘提供顶部或盖。因此,顶部托盘12d可保持对装置10外部的环境开放,替代性地,可使用单独的盖件(未示出)。托盘12a、12b、12c、12d可包括设计成向装置10提供特定益处的一个或多个特征;然而,所述特征可以并入到任意组合中,并且所述特征中的全部或一些可不包含在特定实施例中。例如,每个托盘12a、12b、12c、12d可由一个或多个增强肋26来增强,所述一个或多个增强肋至少部分地在托盘12a、12b、12c、12d的底部18的纵向方向上延伸。所述增强肋26可沿着端壁22进一步向上延伸。在一些实施例中,增强肋26可沿底部18的大部分延伸,为底部18提供结构支撑。在一些实施例中,侧壁24也可以包括增强肋27,其可以类似于增强肋26 (例如,沿着托盘12a、12b、12c、12d的底部18延伸)、或者如图所示以主要定位于底部18和侧壁24间交界处的方式来成形。如图2中所示,装置10中的至少顶部托盘12d可以包括一个或多个标示,例如,线或其它标记30,用于指示每个托盘12a、12b、12c、12d的内容物的体积和/或装置10的内容物的总体积。此类标记30可位于侧壁24或端壁22的一个或两者上。在一些实施例中,增强件26也可包括标记30,或者与标记30共同延伸,藉此提供体积指示及结构增强功能。虽然如图2中所示的标记30附带有指示体积量的标签,诸如“100”、“200”、“300”,但是应该理解所述标签不是必要的。

参照图3,由于最顶部的托盘12a可能需要用于执行一项或多项特定功能的结构特征,最顶部的托盘与构成堆叠的其它托盘12b、12c、12d相比可略微不同。例如,最顶部托盘12d的通风端口 14可包括倾倒口 28。在这方面,倾倒口 28可形成为远离框边31侧向延伸的唇缘29,所述框边31限定托盘12d的各壁22、24的顶部边缘。因此,以及在关闭件16从通风端口 14移除时,倾倒口 28可配置成从装置10中排出流体。托盘12a、12b、12c、12d可使用热塑性材料(包括例如聚苯乙烯)模制而成。取决于所使用的材料,托盘底部18的厚度可以变化,但应当足以在装置10填充有合适体积的培养基32 (图4)时防止底部18的显著弓曲。针对聚苯乙烯,对于具有约632cm2的培养表面积并配置成保持约200ml到约300ml培养基32 (图4)的托盘而言,建议厚度为约0.5mm。在一些实施例中,装置10可由经过灭菌的材料构成,上述灭菌包括例如通过(β或Y射线)辐照、高压蒸汽、环氧乙烷、化学消毒剂的灭菌或者干热灭菌。在这些或其它实施例中,装置10可由热塑性材料制成,和/或由例如通过注射成型而形成的材料来制成。适于在该情况下使用的材料实例包括例如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚砜、聚甲基戊烯、聚甲基丙烯酸甲酯、对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、或ABS(丙烯-丁二烯-苯乙烯)。然而,在此给出的实例在本质上仅是示例性的,本领域技术人员将容易理解如何选择适合用于构建所述装置的其它材料。现在参照图4,示出下部的托盘12b、12c、12d包括一体积的液体,诸如细胞培养基32。下部托盘12b、12c、12d通常经由通风端口 14彼此流体连通,所述通风端口 14作为下部托盘12b、12c、12d的一部分,其缺少关闭件16,并因此限定下部托盘12b、12c、12d之间和之中的流体路径或通道34。开口 36形成于每个托盘12b、12c、12d的通风端口 14和上方直接相邻的托盘12a、12b、12c之间,并且在托盘12b、12c、12d的容积13b、13c、13d之间提供流体连通。以这种方式,气体可以在每个托盘12b、12c、12d内的细胞培养物之间进行交换,进而提供更均匀的生长环境。通道34具有最下端37,其与关闭件16对置且位于最下部的托盘12d内。在这方面,最下部的托盘12d可包括处于通风端口 14内的止动件38,来密封通道34的最下端37并防止培养基32的意外损失和/或减少微生物污染的风险。止动件38可包括用于与通风端口 14形成密封的一个或多个肋、至少一个螺纹、0形环39、或者带或不带粘合剂的其它装置。仍参考图4,可通过结合构成堆叠的托盘12a、12b、12c、12d中的相邻托盘来构建装置10,上述结合可包括例如激光焊接、超声波焊接、溶剂粘接或粘合剂粘接(胶合)。粘合剂粘接提供了生产优势,例如通过减少因焊接附接失败而不被接受的堆叠数量。因此,为了进一步提高粘合剂粘接的有效性,托盘12a、12b、12c、12d可包括有助于堆叠、对齐和附接的各种结构元件。更具体而言,且现在参照图4和图5,托盘12a、12b、12c、12d可在托盘12a、12b、12c、12d中相邻托盘之间的接触点处包括接头41,S卩,舌槽接头。图5更详细地例示出舌槽接头41的这样一个实施例。特别地,每个托盘12b、12c、12d (不包括最上部的托盘12a,因为该托盘具有倾倒口 28)均包括位于每个端壁22和侧壁24上且贴近框边31定位的上表面40。沟槽42向下延伸到壁22、24中,并且可围绕每个托盘12b、12c、12d的壁22、24的上周边的至少一部分而延伸。沟槽42限定沟槽内壁44和沟槽外壁46,其中沟槽内壁44通常可短于沟槽外壁46。沟槽42具有这样的形状和尺寸:其配置成接纳从托盘12a、12b、12c、12d的外底表面50向下悬垂的舌状件48。在一些实施例中,舌状件48可围绕每个托盘12a、1·2b、12c、12d的下周边的至少一部分延伸。因此,以及在第一托盘12a、12b、12c放置于第二托盘12b、12c、12d的上方且定位到其上时,第二托盘12b、12c、12d的沟槽42接纳第一托盘12a、12b、12c (即上方直接相邻的托盘12a、12b、12c)的舌状件48。在一些实施例中,舌状件48可与壁22、24共同延伸;或者以其它方式,舌状件48可从所述壁22、24向内远离并从外底表面50处延伸。沟槽内壁44可具有上表面52,其配置成接纳且邻近上方直接相邻的托盘的外底表面50。该接触配置成抵制粘合剂从沟槽42移动到托盘12b、12c、12d的容积13b、13c、13d内。在一些实施例中,舌状件48具有的横向宽度尺寸可小于沟槽42的横向宽度尺寸,因而舌状件48可驻留于沟槽42内,但不完全填满沟槽42。在一些实施例中,舌状件48可配置成不接触沟槽内壁44、沟槽外壁46、或沟槽42的底壁53。将舌状件48远离这些壁44、46、53间隔开一定间距会在舌状件48和沟槽42之间限定出配置成接纳粘合剂54的空间。沟槽内壁44和沟槽外壁46的形状和尺寸配置成在托盘12a、12b、12c、12d处于堆叠布置时使粘合剂围绕舌状件48向上扩散。以这种方式使粘合剂扩散增大了粘合剂粘接的表面积。而上述间距可以变化,在一些实施例中,舌状件48和沟槽内壁44之间的间距可约为0.015英寸(0.381毫米),舌状件48和沟槽外壁46之间的间距可约为0.025英寸(0.635毫米),舌状件48和沟槽42的底部之间的间距可约为0.010英寸(0.254毫米)。为了构建装置10,且一旦托盘12a、12b、12c、12d堆叠,少量的粘合剂54便被引导到沟槽42中。粘合剂54相对于沟槽42的壁表面的接触角、和/或粘合剂的粘度致使粘合剂扩散并填充舌状件48与沟槽内壁44、沟槽外壁46和底壁53之间的空间,如上面详细论述的那样。虽然可使用本领域普通技术人员所公知的用于粘接塑料的任何合适的粘合剂,但是合适的粘合剂可包括具有低细胞毒性的那些粘合剂,或更优选地,可包括被认为无细胞毒性的粘合剂。用于制造本发明的合适粘合剂的实例包括但不限于UV/光固化聚氨酯丙烯酸酯粘合剂、氧/湿固化或UV/光固化的氰基丙烯酸酯粘合剂、自固化的环氧树脂、和UV/光固化的乙烯基丙烯酰胺基粘合剂。这样的粘合剂可包括聚(N,N-二甲基丙烯酰胺)、聚(甲基丙烯酸异冰片酯)、聚(丙烯酸异冰片酯)、或它们的组合。以上述方式构建的图1的装置10可提供几个优势。其一,舌槽接头14相对表面的严格公差以及形状和尺寸,使得能够由自动化的机器并根据有效的制造工艺来进行制造。制造方法的自动化可提供在产品制造方面的一致性,并减少制造误差。此外,舌槽接头41可提供一个托盘12a、12b、12c、12d相对于相邻托盘12a、12b、12c、12d相对定位的一致性,藉此减少潜在的定位误差,否则上述定位误差会在包括大量托盘的堆叠中叠加,例如,具有二十、四十或更多个托盘的堆叠。同样,沟槽内壁44相对于上方直接相邻的托盘底表面50的形状和尺寸容纳有通常到达舌槽接头41的粘合剂,并且能抵制到托盘12a、12b、12c、12d的容积13a、13b、13c、13d内的泄漏,降低相关污染的风险。根据本发明的各个实施例,装置10的高度可以降低,以便为装置10的每单位高度提供更大的细胞生长表面积。因此,以及再次参照图4,每个托盘12a、12b、12c、12d具有高度尺寸htMy,其从舌状件48的底部边缘59延伸至同一托盘12a、12b、12c、12d的框边31。包括托盘12的堆叠在内的装置10从最下部托盘12d的舌状件48的底部边缘59向上延伸至最上部托盘12a (不包括任何关闭件16,所述关闭件16从堆叠10移除)的框边31,其限定装置总高度hstadi 。堆叠高度hstadi可大约等于构成堆叠的托盘部件高度htray的总和,但是由于托盘12a、12b、12c、12d在接头41的区域中重叠,装置总高度hstaek实际上稍小于所述直接总和。在使用期间,以及在培养基32容纳于托盘12a、12b、12c、12d的容积13a、13b、13c、13d内时,顶部空间60被限定为一空间,该空间位于容纳在托盘12b、12c、12d内的培养基32与上方直接相邻的托盘12a、12b、12c的外底表面50之间。每个托盘12a、12b、12c、12d的托盘高度htMy主要可通过减小壁22、24的高度而减小。令人惊讶的是,顶部空间60的量可以减小,而不会对细胞培养物的生长速率和健康状况造成不利影响。所述的另一种方式,业已发现托盘高度htray可减小至从约12毫米到约6毫米的范围内,而不会对细胞培养物的生长和健康造成不利影响。例如,具有约632cm2的生长表面积以及在约7.5毫米至约9.5毫米范围内的托盘高度的托盘可容下多达每托盘300mL的培养基,同时提供足够用于气体交换和细胞生长的顶部空间。由于托盘高度的这种降低,根据本发明一个或多个实施例、包括六十个托盘的堆叠的装置可具有的装置高度例如基本上相当于包括四十个传统托盘的装置的装置高度。类似地,根据本发明一个或多个实施例、包括十五个托盘的堆叠的装置具有的装置高度基本上相当于包括常规托盘的堆叠的装置的装置高度。高度的降低在空间和资源方面带来大幅节省。因此,根据本发明一个实施例的装置的细胞生长总表面积与具有类似高度的传统装置的细胞生长总表面积相比是增大的。因此,包括托盘12堆叠的装置10,其特征可在于托盘数量与装置高度毫米数的比率。在一些实施例中,该比率可在约1:12至约1:6的范围内。在一些实施例中,该比率可为约1:9.5。还在其它实施例中,该比率可为1:6或1:7.5。根据本发明各个实施例的装置可包括具有长度和宽度的任意组合的托盘,并因此提供大范围的生长表面积。一些实施例可包括表面积在约200cm2至700cm2范围内的托盘,但也可考虑在该范围之外的尺寸。此外,该装置可包括配置成经由机械(机器人)器械操控的形状和/或尺寸。虽然通过其实施例的描述示出了本发明,并且虽然相当详细地描述了实施例,但是并不意图以任何方式将所附权利要求的范围制约或限制到这种细节。附加的优势和修改对于本领域技术人员将是显而易见的。因此,本发明在其最广泛的方面并不限于所示和所述的具体细节。本文所公开的各个特征也可在特定应用所必要或需要的任何组合中使用。因此,在 不脱离以下权利要求的精神和范围的情况下,可对本文所述的细节作出改变。
权利要求
1.一种细胞培养装置,包括: 多个托盘,每个托盘具有细胞生长表面和从细胞生长表面向上延伸的至少一个壁,所述至少一个壁配置成在其上接纳附加的托盘; 其中,所述多个托盘的数量与所述多个托盘的高度尺寸的比率大于或等于约每12毫米I个托盘。
2.根据权利要求1所述的细胞培养装置,其中,所述比率小于或等于约每6毫米I个托盘。
3.根据权利要求2所述的细胞培养装置,其中,相邻的托盘通过舌-槽接头堆叠并连接。
4.根据权利要求3所述的细胞培养装置,其中,每个托盘包括底表面和围绕每个托盘的下周边的至少一部分从所述底表面向下悬垂的舌状件。
5.根据权利要求4所述的细胞培养装置,其中,每个托盘还包括侧壁、端壁、以及围绕每个托盘的上周边的至少一部分延伸的沟槽,所述沟槽限定在侧壁和井中。
6.根据权利要求5所述的细胞培养装置,其中,所述舌状件小于所述沟槽。
7.根据权利要求5所述的细胞培养装置,还包括粘接相邻托盘的粘合剂。
8.根据权利要求2所述的细胞培养装置,还包括形成为包括倾倒口的通风端口。
9.根据权利要求8所述的细胞培养装置,其中,所述倾倒口包括从倾倒口延伸的唇缘。
10.一种制备用于细胞培`养的托盘的堆叠的方法,所述方法包括以下步骤: 将第一托盘相对于第二托盘定位在堆叠位置; 第一和第二托盘包括侧壁、端壁、限定在侧壁和端壁中的沟槽、底部以及悬垂于所述底部的舌状件; 其中,在所述堆叠位置,第一托盘的沟槽接纳第二托盘的舌状件。
11.根据权利要求10所述的方法,还包括: 将粘合剂放置于第一托盘的沟槽中。
12.根据权利要求11所述的方法,其中,放置粘合剂在定位第一托盘之前进行。
13.根据权利要求11所述的方法,其中,每个托盘的舌状件小于每个托盘的沟槽。
14.根据权利要求13所述的方法,其中,每个托盘的沟槽由沟槽内壁和沟槽外壁限定,并且粘合剂定位在舌状件与沟槽内壁和沟槽外壁中的至少一个之间。
15.根据权利要求14所述的方法,其中,所述粘合剂定位在舌状件与沟槽内壁和沟槽外壁之间。
16.根据权利要求10所述的方法,其中,所述第二托盘还包括关闭件。
17.根据权利要求10所述的方法,其中,所述第二托盘还包括倾倒口。
18.根据权利要求17所述的方法,其中,所述倾倒口包括从其延伸的唇缘。
19.根据权利要求10所述的方法,其中,所述堆叠具有一堆叠高度,并且托盘的数量与堆叠高度的比率大于或等于约每12毫米I个托盘,且小于或等于约每6毫米I个托盘。
20.一种细胞培养托盘,包括: 托盘底部,其具有面朝上的细胞生长表面和面朝下的表面; 至少一个壁,其从细胞生长表面向上延伸且具有顶部边缘; 至少一个通风端口,其贯穿托盘底部;沟槽,其从所述至少一个壁的顶部边缘向下延伸,并限定沟槽内壁和沟槽外壁;以及 舌状件,其悬垂于所述面朝下的表面; 其中,所述沟槽配置成接纳位于所述细胞培养托盘上方的另一托盘的舌状件,所述至少一个通风端口配置成与所述另一托盘的所述至少一个通风端口对齐。
21.一种细胞培养装置,包括: 根据权利要求20所述的细胞培养托盘的堆叠; 关闭装置,其流体联接至最顶部细胞培养托盘的所述至少一个通风端口 ;以及 密封件,其联接至最 下部细胞培养托盘的所述至少一个通风端口。
全文摘要
用于细胞培养的细胞培养装置(10)。所述细胞培养装置(10)包括多个托盘(12a,12b,12c,12d),每个托盘(12a,12b,12c,12d)具有细胞生长表面(20)和从细胞生长表面(20)向上延伸的至少一个壁(22,24)。所述至少一个壁(22,24)配置成在其上接纳附加的托盘。所述多个托盘(12a,12b,12c,12d)的数量与所述多个托盘(12a,12b,12c,12d)的高度尺寸的比率大于或等于约每12毫米1个托盘。
文档编号C12M1/22GK103249828SQ201180058584
公开日2013年8月14日 申请日期2011年10月12日 优先权日2010年10月12日
发明者G·S·潘克拉茨, T·尼尔松, J·M·斯塔顿 申请人:纳格·南科国际有限公司

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