本公开涉及加热装置、生物反应器系统和相关的使用方法。具体而言，本公开涉及用于有效地加热和调节生物反应器的温度以促进微生物和其他生物体的生长和培养的装置、系统和方法。
背景技术：
1、生物反应器大体上是指用于支持生物活性环境的装置或系统。生物反应器可以包括容器，在所述容器中进行生物过程，例如培养生物体或源自此类生物体的生化活性物质。这个过程可以是需氧的或厌氧的。生物反应器也可以指被设计为在细胞培养的背景下生长细胞或组织的装置或系统。
2、生物反应器可以是圆筒形的，具有可变直径或其他配置，并且尺寸范围可以从数毫升到数立方米。生物反应器可以由多种材料制成，例如玻璃、不锈钢或聚合物。生物反应器的尺寸和配置可以部分地由其预期操作模式决定，例如，被配置用于分批处理、分批补料处理、连续、多次使用处理或单次使用的生物处理活动的生物反应器。举例来说，连续使用的生物反应器通常被配置为可高压灭菌的、可重复使用的玻璃或不锈钢圆筒形容器。相比之下，单次使用的生物反应器是一次性的，并且通常由塑料或其他聚合物制成。
3、典型的生物反应器包括以下部分：搅拌器或叶轮，所述搅拌器或叶轮用于混合反应器的内容物，这样使“细胞”保持处于绝对均质的状态以将营养物和氧更好地输送至细胞；挡板，所述挡板用于破坏所述容器中的涡流形成，所述涡流形成通常是极不期望的，因为它改变系统的重心并消耗额外的功率而不会增加混合；喷射器，所述喷射器在需氧培养过程中，喷射器的作用是向生长中的细胞供应足够的气体(诸如氧气或co2)；以及夹套，所述夹套提供使热水或冷水循环以进行传热的环形区域，或者，根据应用和生物反应器类型/需求，可能会使用珀尔帖加热元件或加热毯状物。
4、生物处理的速率和质量直接取决于生物反应器建立的环境条件和参数，例如营养水平、ph、o2水平和温度。特别地，温度调节和维持是促进生物体生长和生化活性物质产生的关键因素。调整、调节和定制生物反应器培养物温度的能力以及在整个生物反应器培养物中均匀传热的能力显著影响整个生物处理。用于温度调节的现有的加热器通常仅提供通常邻接并支承生物反应器容器的远侧基座的初级加热或冷却单元。此类装置不能在整个培养基中提供均匀、一致的传热，常常在生物反应器培养物上产生温度梯度并限制传热速率。当使用这些装置时，生物反应器培养物的囊袋可能比所需的温度范围热或冷。另外，生物反应器的不隔热的传热表面迫使加热器低效运行，更加难以解决由于不隔热/未经加热的表面而引起的热损失。
5、可以包裹在单壁式生物反应器容器周围的电加热夹套也是已知的。然而，这些都是通常具有单一的温度设置和加热速率以及开/关功能的简单装置。它们不提供可调整的或定制的传热，并且未被配置成或不适应于与不同类型的生物反应器容器关联使用，所述不同类型的生物反应器容器被设计用于不同的生物处理操作并且具有不同的温度阈值、不同的传热特性、以及生物反应器容器可以被安全且有效地加热的不同速率。此类装置的操作也不受任何环境条件、生物处理数据或来自生物反应器的其他信息的影响。没有反馈回路来提供甚至基本的温度限制或加热夹套的潜在破坏性应用，使得与由低熔点材料构成的生物反应器容器的结合使用可能导致加热夹套和生物反应器过热、损坏和/或熔化。因此，这些装置不能够智能地、高效地或有效地将热量传递至生物反应器，特别是不同类型的生物反应器。
6、此外，传统的加热夹套通常由针对电绝缘和热绝缘专门设计的不透明的多层绝缘织物和/或刚性外壳构成。它们不允许通过加热夹套直接观察生物反应器培养物。然而，生物反应器培养物的连续、实时视觉监测和调节是管理生物处理、评估正在进行的生化反应和确保高产出效率的重要因素。需要通过生物反应器容器和加热装置畅通无阻地传输光，以便对潜在的关键生物处理指标(例如浊度、色度和色调)进行准确、清晰、直接的视觉评估。例如，us2016/184827 a1公开了一种用于控制容器温度的温度控制装置，其中，该温度控制装置可以以贴合的方式灵活地布置在容器壁上。然而，根据us 2016/184827a1的温度控制装置不允许通过温度控制装置观察生物反应器培养物。
7、鉴于上述缺陷，需要开发一种解决现有生物反应器加热系统的缺陷的加热装置。
8、本公开的一个目的是提供一种具有透明本体的加热装置，该透明本体允许在加热装置联接到生物反应器并且运行时直接观察生物反应器培养物。cn 108998376 a公开了一种基于介电弹性体驱动器的动态细胞培养装置和方法。根据cn 108998376 a的动态细胞培养装置公开了：容器本体、盖体、保持模块和/或发热片隔室可以由透明材料制成。
9、本公开的另一个目的是提供一种加热装置，其可以以可重复使用的方式联接到各种不同类型的生物反应器并且允许特别适合于附接的生物反应器和生物反应器培养物的需求的定制传热。
技术实现思路
1、提供了一种用于生物反应器的加热装置，其中，所述加热装置包括：柔性本体，其是透明的，具有透明部分，并且能够以可拆卸的方式联接到限定用于容纳生物反应器培养物的透明生物反应器容器的周边的侧壁并且被配置为定位在所述侧壁周围并基本包围所述侧壁，所述透明部分包含具有半透明特性的材料；加热元件，其联接到所述柔性本体并且布置成将热量传递到生物反应器容器的外侧壁以均匀地加热生物反应器培养物，其中，加热元件定位在柔性本体的整个传热区域并跨越所述传热区域的范围，加热元件包括透明部分，加热元件被配置为导电电阻丝，其布置方式为：透过透明部分的可视性基本不受阻碍，其中，加热元件能够连接到用于调节传热的控制器；和传感器，其联接到所述柔性本体以检测所述加热装置和/或生物反应器培养物的温度和/或温度变化，其中，所述传感器能够连接到所述控制器以监测和/或调节加热装置和/或生物反应器培养物的温度。因此，实现了在加热装置联接到生物反应器时生物反应器培养物的直接可视化。应当指出的是，cn108998376 a并未公开发热片本身可以由透明材料制成，只公开了容器本体、盖体、保持器模块和/或发热片隔室可以由透明材料制成。
2、一个实施例涉及上述装置，其中：所述传感器和所述加热元件被配置为所述加热装置的集成单元或部件。
3、一个实施例涉及上述装置，其中，所述加热元件包括：形成所述柔性本体的传热部分的一根或多根导电电阻丝，其中，柔性本体的传热部分是透明的，并且加热元件被配置和布置为：在加热装置联接到透明生物反应器容器时，基本不阻碍生物反应器培养物透过传热部分的可视性。
4、一个实施例涉及上述装置，其中，当所述柔性本体定位在透明生物反应器容器的相对的外侧壁周围并邻接所述外侧壁时，所述柔性本体允许生物反应器培养物透过柔性本体的至少一个或多个相对的外侧壁的可视性。
5、一个实施例涉及上述装置，其中，所述加热装置被配置为以可重复使用且可移除的方式联接到第一生物反应器，并且被配置为执行适合于所述第一生物反应器的第一加热动作；其中，加热装置被配置为以可重复使用且可移除的方式联接到第二生物反应器，并且被配置为执行适合于第二生物反应器的第二加热动作；并且其中，所述第一加热动作不同于所述第二加热动作。
6、一个实施例涉及上述装置，其中，所述第一加热动作和第二加热动作选自由以下组成的组：加热至预定温度或温度范围；在预定温度下传递热量；以预定的加热速率传热；基于温度阈值加热或限制所施加的热量；基于温度变化加热或限制所施加的热量；加热预定的持续时间；和/或根据预定程序施加热量。
7、一个实施例涉及上述装置，其中，所述第一加热动作和第二加热动作不同是鉴于并且取决于选自由以下组成的组的一个或多个因素：联接到加热装置的生物反应器容器的类型；能够联接到加热装置的生物反应器容器的配置和/或材料特性；能够联接的生物反应器容器的预期操作；和/或联接到加热装置的生物反应器容器的生物反应器培养物的期望温度、温度范围或温度变化。
8、一个实施例涉及上述装置，其中，所述第一加热动作和第二加热动作以预定加热速率传热，其中，所述第一生物反应器是单次使用的生物反应器，所述第二生物反应器是多次使用的生物反应器，并且其中，所述加热装置被配置为以第一预定速率加热所述第一透明生物反应器容器，并且其中，所述加热装置被配置为以高于所述第一预定速率的第二预定速率加热所述第二生物反应器容器。
9、一个实施例涉及上述装置，其中，所述柔性本体被配置为加热夹套并且还包括：第一柔性层，其包括第一透明部分，第一透明部分允许透过所述第一柔性层的可视性；第二柔性层，其包括第二透明部分，第二透明部分允许透过第二柔性层的可视性，其中，所述加热元件定位在所述第一柔性层与所述第二柔性层之间，并且其中，当所述加热装置联接到所述透明生物反应器容器时，透过所述柔性本体的第一透明部分和第二透明部分能够观察到所述生物反应器培养物。
10、本发明的另一方面涉及一种生物反应器系统，包括：上述加热装置；以及用于监测和/或调节传热的控制器，其中，所述控制器连接到所述加热元件和所述传感器。
11、一个实施例涉及上述生物反应器系统，还包括：单次使用的生物反应器，其包括塑料生物反应器容器；和多次使用的生物反应器，其包括玻璃生物反应器容器，其中，所述加热装置被配置为以可移除的方式联接到所述塑料生物反应器容器和所述玻璃生物反应器容器、并与所述塑料生物反应器容器和所述玻璃生物反应器容器关联操作，并且其中，所述加热装置被配置为对所述塑料生物反应器容器执行第一加热动作以及对所述玻璃生物反应器容器执行第二加热动作，其中，所述第一加热动作不同于所述第二加热动作。
12、一个实施例涉及上述生物反应器系统，还包括：用户界面，其以可操作的方式与所述控制器相关联，以允许用户调整所述加热装置的加热动作。
13、一个实施例涉及上述生物反应器系统，还包括：补充加热器，其连接到所述控制器并联接到所述透明生物反应器容器，用于将热量传递到所述透明生物反应器容器，其中，所述控制器被配置为协调和集中调节通过加热装置和补充加热器的传热。
14、一个实施例涉及上述生物反应器系统，包括：用于培养生物体的第一生物反应器，其中，所述第一生物反应器包括容纳第一生物反应器培养物的第一透明生物反应器容器；其中，所述加热装置以可操作的方式与所述第一透明生物反应器容器相关联，其中，所述加热装置定位在所述第一生物反应器容器或生物反应器容器部件的外表面周围，其中，所述加热装置将热量传递到生物反应器培养物，检测所述加热装置和/或生物反应器培养物的温度，并且被配置和布置成基本不阻碍生物反应器培养物的可见性；并且其中，控制器连接到所述加热装置，以调节生物反应器培养物的温度和由加热装置施加的热量，其中，所述加热装置被配置为执行特定于并且适合于所述第一生物反应器的一个或多个参数或条件的第一加热动作，并且被配置为执行特定于且适合于第二生物反应器的一个或多个参数的第二加热动作，其中，所述第一加热动作和第二加热动作是不同的。
15、一个实施例涉及上述生物反应器系统，其中，所述系统还包括补充加热器，所述补充加热器联接到所述第一透明生物反应器容器并且被配置为将热量传递到所述第一透明生物反应器容器，其中，所述控制器连接到所述补充加热器并被配置为集中控制和协调通过所述加热装置和所述补充加热器施加的热量以便调节所述加热装置和/或第一生物反应器培养物的温度。
16、一个实施例涉及上述生物反应器系统，还包括第二生物反应器；其中，所述第一生物反应器是单次使用的生物反应器，所述第一透明生物反应器容器是塑料透明生物反应器容器；并且其中，所述第二生物反应器是包括玻璃生物反应器容器的多次使用的生物反应器；并且其中，所述加热装置被配置为以可移除的方式联接到第一透明生物反应器容器和第二透明生物反应器容器、并与第一透明生物反应器容器和第二透明生物反应器容器关联操作。
17、一个实施例涉及上述生物反应器系统，其中，所述加热装置包括：柔性本体，其包括一个或多个透明部分，当所述加热装置联接到生物反应器的部分时，所述一个或多个透明部分允许第一生物反应器培养物的可视性；加热元件，其被配置和布置成当所述加热装置联接到所述第一生物反应器的所述部分时基本不阻碍生物反应器培养物透过所述柔性本体的一个或多个透明部分的可视性；以及连接到所述控制器的温度传感器，其中，所述温度传感器检测所述柔性本体和/或第一生物反应器培养物的温度或温度变化。
18、一个实施例涉及上述生物反应器系统，其中，所述加热装置与生物反应器的部件一体形成、联接到、附接到或连接到所述部件，所述部件选自由以下各项组成的组：透明生物反应器容器壁；所述生物反应器的叶轮；所述生物反应器的叶轮轴；所述生物反应器的汲取管；和/或所述生物反应器的旋转过滤器。
19、本发明的另一方面涉及一种生物反应器温度调节方法，包括以下步骤：将上述加热装置以可操作的方式与生物反应器容器相关联；以及使用所述加热装置向所述生物反应器容器或容纳在所述生物反应器容器内的生物反应器培养物施加热量。
20、一个实施例涉及上述方法，还包括：使用所述加热装置检测所述生物反应器培养物和/或所述加热装置的条件、参数或其变化；以及基于生物反应器培养物和/或所述加热装置的检测到的条件、参数或其变化来调节生物反应器培养物和/或加热装置的温度。
21、一个实施例涉及上述方法，还包括以下步骤：将加热装置以可操作的方式与第一生物反应器容器相关联，其中，所述加热装置具有透明本体；使用所述加热装置执行适合于所述第一生物反应器容器或容纳在其中的第一生物反应器培养物的第一加热动作；将加热装置以可操作的方式与第二生物反应器容器相关联；使用所述加热装置执行适合于所述第二生物反应器容器或容纳在其中的第二生物反应器培养物的第二加热动作，其中，所述第一加热动作和第二加热动作是不同的；以及当将所述加热装置以可操作的方式与所述第一生物反应器相关联时，使第一生物反应器培养物透过所述透明本体直接可视，而当将所述加热装置以可操作的方式与所述第二生物反应器相关联时，使第二生物反应器培养物透过所述透明本体直接可视。
1.一种用于生物反应器的加热装置(10)，其中，所述加热装置(10)包括：
2.根据权利要求1所述的装置，其中：所述传感器(60)和所述加热元件(40)被配置为所述加热装置(10)的集成单元或部件。
3.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述加热元件(40)包括：形成所述柔性本体(20)的传热部分的一根或多根导电电阻丝，其中，所述柔性本体(20)的所述传热部分是透明的，并且所述加热元件(40)被配置和布置为：在所述加热装置(10)联接到所述透明生物反应器容器(72)时，基本不阻碍所述生物反应器培养物透过所述传热部分的可视性。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，当所述柔性本体(20)定位在所述透明生物反应器容器(72)的相对的外侧壁周围并邻接所述外侧壁时，所述柔性本体(20)允许所述生物反应器培养物透过所述柔性本体(20)的至少一个或多个相对的外侧壁的可视性。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述第一加热动作和所述第二加热动作选自由以下组成的组：加热至预定温度或温度范围；在预定温度下传热；以预定的加热速率传热；基于温度阈值来加热或限制所施加的热量；基于温度变化来加热或限制所施加的热量；加热预定的持续时间；和/或根据预定程序施加热量。
7.根据权利要求5或6所述的装置，其中，所述第一加热动作和所述第二加热动作不同是鉴于并且取决于选自由以下组成的组的一个或多个因素：联接到所述加热装置(10)的生物反应器容器的类型；能够联接到所述加热装置的生物反应器容器(72)的配置和/或材料特性；能够联接的生物反应器容器(72)的预期操作；和/或联接到所述加热装置的所述生物反应器容器(72)的生物反应器培养物的期望温度、温度范围或温度变化。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的装置，其中，所述第一加热动作和所述第二加热动作以预定加热速率传热，其中，所述第一生物反应器是单次使用的生物反应器并且所述第二生物反应器是多次使用的生物反应器，并且其中，所述加热装置被配置为以第一预定速率加热所述第一透明生物反应器容器，并且其中，所述加热装置被配置为以高于所述第一预定速率的第二预定速率加热第二生物反应器容器。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述柔性本体(20)被配置为加热夹套，并且还包括：
10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述加热元件(40)在所述柔性本体(20)的整个传热部分上密集地布置成一系列紧密定位的行、列和/或盘圈。
11.一种生物反应器系统，包括：
12.根据权利要求11所述的生物反应器系统，还包括：
13.根据权利要求11或12所述的生物反应器系统，还包括：
14.根据权利要求11至13中任一项所述的生物反应器系统，还包括：
15.根据权利要求11至14中任一项所述的生物反应器系统，包括：
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述系统还包括补充加热器(84)，所述补充加热器(84)联接到所述第一透明生物反应器容器(72)并被配置为将热量传递至所述第一透明生物反应器容器(72)，其中，所述控制器(50)连接到所述补充加热器(84)并被配置为集中控制和协调由所述加热装置(10)和所述补充加热器(84)施加的热量，以便调节所述加热装置(10)和/或所述第一生物反应器培养物的温度。
17.根据权利要求15或16所述的系统，还包括所述第二生物反应器；其中，所述第一生物反应器是单次使用的生物反应器并且所述第一透明生物反应器容器是塑料透明生物反应器容器；并且其中，所述第二生物反应器是包括玻璃生物反应器容器的多次使用的生物反应器；并且其中，所述加热装置(10)被配置为以可移除的方式联接到所述第一透明生物反应器容器和所述第二透明生物反应器容器、并与所述第一透明生物反应器容器和所述第二透明生物反应器容器关联操作。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的系统，其中，所述加热装置包括：
19.根据权利要求15至17中任一项所述的系统，其中，所述加热装置与所述生物反应器的部件一体形成、联接到所述部件、附接到所述部件上、或连接到所述部件，所述生物反应器的所述部件选自由以下组成的组：透明生物反应器容器壁；所述生物反应器的叶轮；所述生物反应器的叶轮轴；所述生物反应器的汲取管；和/或所述生物反应器的旋转过滤器。
20.一种生物反应器温度调节方法，包括以下步骤：
21.根据权利要求20所述的方法，还包括：
22.根据权利要求20所述的方法，还包括以下步骤：
