2000L一次性生物反应器工艺解决方案 (Thermo Fisher)
ThermoFisher 2000L 一次性生物反应器
根据客户的要求，在细胞悬浮培养摇瓶培养的基础上，逐级放大，从2L/4L 摇瓶培养规模逐级扩大到20L、100L、500L以及2000L一次性生物反应器培养规模，充分保证设备的利用率、上下游衔接，并做到低成本、高产出的要求。设备具有通用性，满足平台生产的连续性、无交叉污染。料液之间的转运简易、便捷，外围设备的投入低，人力投入少，无需复杂的培训即可快速高效投入运行。在成本控制上，同时兼顾设备投资和运行投资，保证一次性投入和长期投入的成本低于传统设备和其他解决方案。整个投资建设周期短，从设备采购到设备的安装运行仅需短短的6~8 个月的时间。
2000L 一次性生物反应器生产工艺流程图
生物制药细胞培养工艺设备概况
1. SmartRocker波浪式一次性生物反应器
100L/500L/2000L一次性生物反应器基本配置
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一次性反应器 |
100L SUB |
500L SUB |
2000L SUB |
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控温方式 |
水夹套+TCU |
水夹套+TCU |
水夹套+TCU |
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称重 |
Loadcell |
Loadcell |
Loadcell |
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控制器 |
G3 Lite+Delta V |
G3 Lite+Delta V |
G3 Lite+Delta V |
|
GMP |
GMP标准 |
GMP标准 |
GMP标准 |
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泵 |
4变速泵 |
4变速泵 |
4变速泵 |
|
通气 |
6进3出，6路MFC |
6进3出，6路MFC |
6进3出，6路MFC |
|
IQ/OQ文件服务 |
YES |
YES |
YES |
|
SAT文件服务 |
YES |
YES |
YES |
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FAT |
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YES |
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电极 |
pH+pO2传统 |
pH+pO2传统 |
pH+pO2传统 |
|
尾气冷凝器 |
NA |
NA |
YES |
ThermoFisher 100L &500L SUB 推荐配置
ThermoFisher 100L&500L一次性生物反应器（水夹套）
主机性能指标：
1、主机为可反复使用的不锈钢材质制造；
2、100L SUB 总体积不低于120L，工作体积50L~100L；
3、500L SUB 总体积不低于660L，工作体积250L~500L；
4、总高径比1.9:1，工作液高径比1.5:1；
5、温度控制：智能PID控温，温度范围：高于冷却水8℃至40℃，精度±0.1℃；
6、搅拌控制：无刷式机械电机，搅拌速度控制：100L 生物反应器为0~200 RPM, 500L 生物反应器为0~150 RPM 19.6°斜角下压式搅，搅拌桨为可反复使用的硬质桨，同培养液无直接接触；
7、电源：支持240V/20A安全插座供电；
8、紧急停机：具有一键紧急停机功能；
9、脚轮：具备可移动和固定整机的脚轮。
Finesse G3 Lite 100L&500L&2000L SUB专用控制器
Finesse G3 Lite主要性能指标：
1、控制模块：数据模块和蠕动泵控制模块。
2、支持1-2套pH、DO电极的数据采集和控制，可配套使用一次性电极的pH、DO电极。
3、最高支持6路气体MFC，支持空气、氮气、二氧化碳、氧气的输入。
4、预留压力传感器接口，实时监测BPC袋子内部压力。
5、完美整合Lauda TCU，一键控制温度。
6、内置4个蠕动泵，可选Wason Marlow相应型号蠕动泵，预留数据传输接口，可连接控制1-2个外置蠕动泵。
7、气体输出形式分为顶层通气、深层微泡通气和深层大泡通气。
8、手动模式、自动模式、关联模式可供客户选择。
9、一键停止功能，具备报警提示音。
10、整合Loadcell称重功能。
11、独特的PID设定自适应控制：自适应控制可发现培养过程的最佳的PID设定，从而自动设定最佳的PID参数，确保实验的重现性和精确控制。
12、控制器通过Ethernet接口可与计算机进行交流，并可通过软件收集培养过程参数的数据。可通过USB接口方便地进行软件升级。
13、控制器拓展性强，可以提供额外的模拟输入、模拟输出，数字输入和数字输出。
14、温度控制：水夹套控温，水夹套控温的温度范围为冷却介质温度以上5℃至50℃，精度±0.1℃。配置温控单元（TCU），温度控制由智能PID控制。
15、 搅拌控制：可通过控制器直接设定和记录搅拌转速，（备注：转速范围是由搅拌马达决定）
16、配置气体选择模块。Overlay与Sparger可自由切换，其中Sparger气体控制由MFC控制，Overlay气体控制由MFC控制。
•空气流量控制：100L生物反应器质量流量控制器，推荐流量为最大10L/min，500L生物反应器质量流量控制器，推荐流量为30L/min, 2000L生物反应器质量流量控制器，推荐流量为最大50L/min（质量流量控制器量程可根据客户需要进行校正）
•氧气流量控制：100L生物反应器质量流量控制器，推荐流量为最大10L/min，500L生物反应器质量流量控制器，推荐流量为20L/min, 2000L生物反应器质量流量控制器，推荐流量为最大50L/min（质量流量控制器量程可根据客户需要进行校正）
•CO2流量控制：100L生物反应器质量流量控制器，推荐流量为最大5L/min，500L生物反应器质量流量控制器，推荐流量为10L/min, 2000L生物反应器质量流量控制器，推荐流量为最大20L/min（质量流量控制器量程可根据客户需要进行校正）
•氮气流量控制：100L生物反应器质量流量控制器，推荐流量为最大10L/min，500L生物反应器质量流量控制器，推荐流量为30L/min, 2000L生物反应器质量流量控制器，推荐流量为最大50L/min（质量流量控制器量程可根据客户需要进行校正）
17、pH电极支持：同时支持12mm直径玻璃pH电极和一次性pH电极，测量范围0-14，测量精度±0.01（pH一次性电极整合在一次性袋子上，测量范围5-8，精度±0.2）
18、DO电极支持：同时支持12mm直径不锈钢DO电极和一次性DO电极，测量范围0-500%。测量精度0.1%（DO一次性电极整合在一次性袋子上，测量范围0-250%，精度±0.1%）
19、配备4个变速泵，转速范围：0-350rpm
•碱泵：变速泵，转速范围0-350rpm，直接同pH关联自动补加碱液。
•消泡泵：变速泵，转速范围0-350rpm，通过泡沫探头感应液位和自动添加消泡剂来实现泡沫控制。
•补料泵：采用变速泵，转速范围0-350rpm，可手动或自动关联补料。
•加料泵：变速泵，转速范围0-350rpm，可手动或自动关联加料。
20、pH和DO校正功能：支持pH一点法和两点法校正，可数字化或图形化显示校准过程，可保存校准数据
21、数据的记录和保存：能在线/离线数据收集，所有的数据实时记录和保存，包括参数的设定值、实际值、等数据，并可自定义图形输出和打印。在图形上可将现在和以往的数据进行结合，也可将目前操作不同批次的结合。
22、配置温控单元（TCU），温度控制系统为水夹套控温，温度控制由智能PID控制，控制精度为0.1℃。
23、配备4套滤器加热套。、
24、控制器有紧急控制按钮和alarm输出接口。
2000L 一次性生物反应器专配水浴温度控制单元Lauda TCU T1000W & 2000L 一次性生物反应器尾气冷凝器ThermoFlex900
lauda T10000W 性能指标
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主要参数指标 |
Lauda T10000W |
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控温范围 |
-33~120℃ |
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环境温度要求 |
5~40℃ |
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内部温度测量 |
Pt100 |
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显示精度 |
0.05℃ |
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控温精度 |
0.1℃ |
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冷却方式 |
压缩机冷却，PID控制 |
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加热功率 |
9kw |
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最大排液压力 |
3.2bar |
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最大液体流速 |
40L/min |
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防尘防水等级 |
IP32 |
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产品尺寸 |
850*670*970mm |
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重量 |
250kg |
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电源需求 |
480V，三相电 |
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最大功率值 |
15kw |
Thermoflex900 性能指标
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主要参数指标 |
ThermoFlex900 |
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控温范围 |
5-40℃ |
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环境温度要求 |
10-40℃ |
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温度稳定性 |
0.1℃ |
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20℃，50Hz时制冷能力 |
750w |
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制冷剂 |
R134A |
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储水体积 |
7.2L |
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占地尺寸 |
69.2 x 36.0 x 62.4cm |
ThermoFisher Single-Use Bioreactor BioProcess Container 一次性生物反应袋
一次性反应袋性能指标：
1、主体材质：采用一次性热压成型材质制造，与培养液直接接触的材质为超低密度聚乙烯材料，溶出和抽提成分符合EP和USP等cGMP相关法律法规的要求，和反应液直接接触的部分为无动物来源的材质制造（ADCF）；
2、温度范围：袋体可耐受温度范围-80℃至60℃，支持冷冻和冷藏的需求；
3、物理性质：厚度不低于350um，拉伸强度不低于19MPa；
4、气体通透性：24小时气体通透性：（cc/m2）水蒸气:低于0.35，CO2:低于0.6，O2：低于0.3；
5、灭菌：具有辐照灭菌证明文件，辐照强度25-38kGy，保质期不低于2年（自接受辐照之日起计算）；
6、管路材质：所有管路采用C-Flex 374材质制造，支持热封、热焊接和液体泵送操作；
7、进液管路：不少于4路进液管路，支持培养基灌入、接种、补料和加碱操作，支持焊管和快插操作，进料口管径应经过至少两次变径连接以适应不同规格焊管适配器的要求。至少两路进液管路应具有分支管路以备实验变更的需求；
8、取样口：具有支持螺口或标准一次性注射器直接取样的接口；
9、顶部供气：具有独立的气体过滤除菌装置；
10、底部供气：具有微泡和大泡两路供气，分别满足溶氧和去除二氧化碳的功能。两路供气可随时切换，每路供气具有独立的气体过滤除菌装置；
11、出气过滤器：0.2um气体过滤，具备50℃加热控制功能以去除冷凝水；
12、电极接口：具有4个电极接口，支持12.7mm不锈钢或玻璃电极的无菌连接；
2000L反应袋含5个电极接口，可选择传统电极和一次性光感电极
13、包装：除最外层包装盒外，还应具有两层塑料包装，其中最内层为真空包装。
（三）上游培养工艺配液、系统配置概况
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序号 |
工序 |
应用 |
配置方案 |
品牌 |
数量 |
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二 |
上游工艺，细胞培养配液、储液系统 |
上游培养工艺配液、储液系统
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Impulse 30主机（用于10～30L 培养基的配液) |
ThermoFisher |
1 |
|
DS300主机（配液桶100L*2，200*2，300L*2，用于50～300L培养基配液） |
ThermoFisher |
1 |
|||
|
Docking Station主机（ 配备500L*2、1000L*2罐体，500～1000L培养基配液) |
ThermoFisher
|
1
|
|||
|
|
|
|
ArcaTM 200L可折叠&叠加式储液系统 |
ThermoFisher
|
2
|
|
|
|
|
ArcaTM 500L可折叠&叠加式储液系统 |
ThermoFisher
|
2
|
|
|
|
|
ArcaTM 1000L可折叠&叠加式储液系统 |
ThermoFisher
|
2
|
|
|
DS300 |
Docking Station |
|
搅拌方式 |
上部机械搅拌 |
上部机械搅拌 |
|
|
100L*1 |
/ |
|
200L*1 |
/ |
|
|
/ |
500L*2、1000L*2 |
|
|
称重 |
地秤 |
地秤 |
|
温控方式 |
NA |
NA |
|
IQ/OQ文件服务 |
YES |
YES |
|
SAT文件服务 |
YES |
YES |
|
车间 |
上游 |
上游 |
1、Thermo Scientific DS 300推荐配置
（1） 用途
采用便携式设计满足不同体积的搅拌要求。可以同时适合50L、100L、200L和300L的桶实现培养基配制，缓冲液配制以及更进一步的搅拌分装功能。该设备采用顶置无刷式搅拌电机，避免在搅拌过程中摩擦生热和颗粒脱落的风险。该系统采用5:1的调节比，最小支持20%体积的搅拌。采用锥形底部设计，大大减小搅拌过程的液体残留。
（2）主要参数
1、搅拌速度：搅拌速度为30~350RPM，旋转方向为逆时针。手持式搅拌操作器顶端具备一键停止功能，快速实现紧急停止功能。
2、搅拌角度：可使用可调节角度，角度调节范围为0~30°，共6档，每5°为一档。
3、电极高度调节功能：搅拌电机的高度可在122.4cm至162.3cm之间调节，标杆尺上有明确的50L、100L、200L和300L高度刻度，调制相应高度匹配不同体积的桶进行搅拌。
2、Docking-Station分体式机械搅拌系统（搅拌主体+500L不锈钢罐体+1000L不锈钢罐体）
（1）用途
本仪器主机由一台通用搅拌平台和一台200L，一台500L，一台1000L不锈钢储罐组成，在不锈钢储罐中加装一次性使用的内膜之后，可用于生物工艺生产中的培养基、收获液、过程溶液等液体的搅拌混合，通过更换一次性内膜，可实现连续生产运行而无需CIP和SIP以及相关验证。
（2）性能指标
2.1 通用搅拌平台性能指标
2.1.1 整体材质为可反复使用的不锈钢材质制造
2.1.2 设计为可移动式，可以和200L和500L储罐分别耦合操作
2.1.3 搅拌功率：0.5hp
2.1.4 马达扭矩：80 lbf
2.1.5 传动比： 5:1
2.1.6 电源：208-220V， 15A
2.1.7 操作温度：2-40℃
2.1.8 马达转速： 0-350rpm
2.1.9 可根据需要在开放式搅拌和封闭式搅拌工作模式下切换
2.2 200L储罐性能指标
2.2.1 整体材质为可反复使用的不锈钢材质制造
2.2.2 工作体积40L-200L
2.2.3 总高径比1.95:1，工作液高径比2.2:1 （标称工作容积下）
2.1.4 脚轮：具备可移动的脚轮或固定式支架
2.3 500L储罐性能指标
2.2.1 整体材质为可反复使用的不锈钢材质制造
2.2.2 工作体积100L-500L
选配配置：
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序号 |
工序 |
应用 |
配置方案 |
品牌 |
数量 |
|
一/三 |
上游工序培养基配制/下游纯化工艺 |
地秤 (建议客户和梅特勒沟通，选型，供应商代为采购) |
型号:PFA779C-600-100100-5H0A,平台秤，最大称量600kg，检定分度值0.2kg，台面尺寸1m*1m，不锈钢材质；信号电缆5米；仪表56H100000A00J01，防尘式，带4~20mA模拟量输出，交流供电，配仪表墙式安装支架；无引坡和地中衡框架 |
梅特勒 |
1 |
|
型号:PCS0.3-1010-3H0A,平台秤，最大称量300kg，检定分度值0.1kg，台面1m*1m，不锈钢材质，标配单引坡；信号电缆5米，仪表33H100000A00J01，防尘式，带4~20mA模拟量输出，交流供电，配仪表墙式安装支架 |
梅特勒 |
1 |
下游纯化工艺储液、系统配置概况
1、ArcaTM 可折叠&叠加式储液装置ArcaTM Container
主要特点：
•100~1000L 规格可选
•可重复使用，设计坚固牢靠，适合大体积储液需求。
•便捷性，可拆卸使用，在不需使用时，可拆卸保存，节约空间
•可堆叠使用，对满体积堆叠或者空体积堆叠同样适用
•底部排液，可选择底部排液
•方便运输，ArcaTM 设计符合运输要求，便于快速料液运输
应用
•培养基、缓冲液的无菌存放和转运
•培养基、缓冲液无菌储存或者下游纯化工艺
•反应器培养结束，收获料液
•无菌运输安全运输需求
2、200L&500L SUM 带TCU，温度控制功能
（1）用途
本仪器由带搅拌的100L，200L，500L，1000L不锈钢储罐组成，在不锈钢储罐中加装一次性使用的内膜之后，可用于生物工艺生产中的培养基、收获液、过程溶液等液体的搅拌混合，通过更换一次性内膜，可实现连续生产运行而无需CIP和SIP以及相关验证。
（五）制剂灌装工艺配置
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序号 |
工序 |
应用 |
配置方案 |
品牌 |
数量 |
|
四 |
制剂灌装---硬件设备 |
原液冻存 |
Acclimate 2、6、16L原液冻存装置（配置冻存板2L*4，6L*4，16L*4） |
ThermoFisher |
4 |
|
缓冲液配制 |
DS300主机（配液桶100L*2，200*2，300L*2，用于50～300L缓冲液配液） |
ThermoFisher |
1 |
Acclimate 原液冻存/解冻装置
Acclimate 冻存/解冻容器系统采用一次性使用的袋子和外部高密度聚乙烯支撑容器，广泛应用于生物药剂，包括药物原液和终产品的冻存/解冻工艺
•一次性使用的袋子规格型号有2,6,16L
•非常便于安装、存放的商业冻存设备
•可选带取样功能的一次性袋子
•可耐受 -80˚C料液冻存，可解冻至室温， 冻存、解冻过程中，可保持良好的完整性
三、方案、售后技术优势
（一）方案技术优势
1）在Delta V系统下的OPC系统集成监控所有相关设备；
系统设计方案见附件PDF文件：
缩略图如下:
Delta V 控制平台特点优势
