我国大规模细胞培养生物反应器综述
大规模细胞培养技术
大规模细胞培养技术简介大规模培养技术应用简介通过大规模体外培养技术培养哺乳类动物细胞是生产生物制品的有效方法。
上世纪60-70 年代，就已创立了可用于大规模培养动物细胞的微载体培养系统和中空纤维细胞培养技术。
近十数年来，由于人类对生长激素、干扰素、单克隆抗体、疫苗及白细胞介素等生物制品的需求猛增，以传统的生物化学技术从动物组织获取生物制品已远远不能满足这一需求。
随着细胞培养的原理与方法日臻完善，动物细胞大规模培养技术趋于成熟。
所谓动物细胞大规模培养技术( large-scale culture technology )是指在人工条件下(设定ph、温度、溶氧等) ，在细胞培养工厂 (Cosmo Cat.No. 1101-400 or 1101-800 )或生物反应器( bioreactor )中高密度大量培养动物细胞用于生产生物制品的技术。
目前可大规模培养的动物细胞有鸡胚、猪肾、猴肾、地鼠肾等多种原代细胞及人二倍体细胞、cho(中华仓鼠卵巢) 细胞、BHK-21( 仓鼠肾细胞)、Vero 细胞(非洲绿猴肾传代细胞，是贴壁依赖的成纤维细胞)等，并已成功生产了包括狂犬病疫苗、口蹄疫疫苗、甲型肝炎疫苗、乙型肝炎疫苗、红细胞生成素、单克隆抗体等产品。
在过去几十年来，该技术经有了很大发展，从使用转瓶(rollerbottle) 、CellCube 等贴壁细胞培养，发展为一次性细胞培养工厂( Made by Cosmo )或生物反应器 (Bioreactor )进行大规模细胞培养。
第一代细胞培养技术核心问题是难以产业化或者说是规模化生产：一是在工艺生产时不能大规模制备产品；二是非批量生产容易导致产品质量的不均一性；三是难以对同批生产进行生产和质量控制。
随着生物技术的发展，迫切需要大规模的细胞培养，特别是培养表达特异性蛋白的哺乳动物细胞，以便获得大量有用的细胞表达产物。
采用玻璃瓶静置或旋转瓶的培养方法，已不能满足所需细胞数量及其分泌产物。
生物反应器
生物反应器指以活细胞或酶为生物催化剂进行细胞增殖或生化反应提供适宜环境的设备，它是生物反应过程中的关键设备。
生物反应器的结构、操作方式和操作条件的选定对生物化工产品的质量、收率（转化率）和能耗有密切关系。
生物反应器的设计、放大是生化反应工程的中心内容，也是生物化学工程的重要组成部分。
分类从生物反应过程说，发酵过程用的反应器称为发酵罐；酶反应过程用的反应器则称为酶反应器。
另一些专为动植物细胞大量培养用的生物反应器，专称为动植物细胞培养装置。
发酵罐发酵罐若根据其使用对象区分，可有：嫌气发酵罐、好气发酵罐、污水生物处理装置等。
其中嫌气发酵罐最为简单，生产中不必导入空气，仅为立式或卧式的筒形容器，可借发酵中产生的二氧化碳搅拌液体。
若以操作方式区分，有分批操作和连续操作两种。
前者一般用釜式反应器，后者可用连续搅拌式反应器或管式及塔式反应器。
好气发酵罐按其能量输入方式或作用原理区分，可有：①具有机械搅拌器和空气分布器的发酵罐这类发酵罐应用最普遍，称为通用式发酵罐。
所用的搅拌器一般为使罐内物料产生径向流动的六平叶涡轮搅拌器，它的作用为破碎上升的空气泡和混合罐内的物料。
若利用上下都装有蔽板的搅拌叶轮，搅拌时在叶轮中心产生的局部真空,以吸入外界的空气,则称为自吸式机械搅拌发酵罐。
②循环泵发酵罐用离心浆料泵将料液从罐中引出，通过外循环管返入罐内。
在循环管顶端再接上液体喷嘴，使之能吸入外界空气的,称喷射自吸发酵罐。
③鼓泡塔式发酵罐以压缩空气为动力进行液料搅拌，同时进行通气的气升发酵罐。
目前，世界所发展的大型发酵罐是英国卜内门化学工业公司的发酵罐，它以甲醇为原料生产单细胞蛋白的压力循环气升发酵罐,其直径为7m，高为60m，总容量为 2300m□，自上至下有5000～8000个喷嘴进料。
目前，还有些发酵产品，如固体曲等，使用专门设计的能调节温、湿度的旋转式固体发酵装置。
生产甲烷（沼气）用的是嫌气发酵罐，也称消化器或沼气发生器，这种发酵罐装有搅拌器，顶部有的有浮顶。
细胞培养技术和生物反应器
细胞培养技术和生物反应器是生物技术领域中的两个重要实验技术。
细胞培养技术主要是指将细胞分离并在含有营养物质的培养基上培养，以获得大量同种或异种细胞的方法。
而生物反应器是指将微生物或细胞在恒定的环境条件下进行生长、代谢和产物合成的设备。
两种技术往往是相互关联和相辅相成的，因为细胞培养技术提供了足够的细胞量用于在生物反应器中进行实验。
细胞培养技术广泛应用于医药、生物学、毒理学、病毒学等领域。
细胞培养的根本目的是以体外方式获得细胞或细胞组织，以便于对细胞生物学现象进行研究，为疾病治疗和药物开发提供可靠数据。
培养细胞的关键包括培养条件的控制和细胞的传代。
这些条件包括温度、气氛、营养消耗状态和凝胶基质。
此外，为了维持细胞传代，需要定期添加培养基、DMSO等物质。
生物反应器是一种特殊的装置用于大规模制备蛋白质、抗生素、酶、细胞因子等生物制品。
反应器必须保持一定的环境，使生物体（微生物或细胞）在其中能够不断地生长和繁殖，同时保证生物制品的高产量和纯度。
为了实现这个目的，需要控制反应器的一些关键参数，如温度、PH值、氧气和二氧化碳浓度等。
反应器的选择取决于微生物或细胞的类型、生长习惯和所需产品的特性等，有很多种类型的反应器可供选择，如搅拌式反应器、柱式反应器、波动式反应器和固定化床反应器等。
细胞培养和生物反应器在生物技术领域中的重要性不言而喻，两者之间的协调和配合相当重要。
细胞培养可以提供充足的细胞数量，以便被用于生物反应器中的实验。
反应器在生产生物制品方面是不可替代的，在大规模生产生物制品时可以加速其生产效率。
与传统制造过程不同，生物制品的生产过程需要一定程度的控制和监测，尤其是在复杂的生产过程中。
生物反应器可以为此提供环境控制和实验数据，使生产过程更加可靠，并提高其生产效率。
但是，细胞培养和生物反应器也存在一些问题。
细胞培养的成功率通常较低，部分细胞不容易适应培养环境并进行繁殖，或者只有特定时期的细胞可以进行繁殖，而对于其他类型的细胞则较难培养。
生物反应器
生物反应器生物反应器是一种生物技术设备，主要用于生物发酵、生物转化和生物固定化等过程的实现，是生物技术学领域中的核心设备之一。
生物反应器按规模大小可分为实验室规模、小型工业规模、大型工业规模及超大型规模，广泛应用于生物制药、食品工业、环保工程、化工领域及实验室研究等不同领域。
本文主要介绍生物反应器的基本概念、分类、结构、功能与应用等方面的内容。
一、生物反应器的基本概念生物反应器是一种专门用于维持和促进生物体生长繁殖，并对物质能量进行转化的设备。
是利用微生物生长代谢的能力，进行化学制品或生物制品的生产。
反应器内部常温度、氧气含量、pH值、营养物浓度等参数进行监测与控制，以维持接近理想的生长环境，从而提高微生物总体产量和单独化合物的产量。
二、生物反应器的分类按微生物名称分为真菌反应器和细胞反应器两种；按操作条件分为常压和高压反应器两种；按反应器内混合方式分为不同类型，如机械混合反应器、气液混合反应器、液相连续搅拌反应器、固相悬浮式反应器等；按生产工艺分则有批量式反应器、半连续式反应器和连续式反应器等。
三、生物反应器的结构生物反应器结构包括传质层、反应层和生物活性层三个部分。
传质层由反应器外壳和传质器件（气体传输系统与吸收液传输系统）组成，热量传递和质量传递的效率决定于传质器件的选择和设计。
反应层由反应器罐体、搅拌器、传热器、控制仪等组成，其内部环境的压力、温度、营养物浓度、气相浓度、氧含量、pH值等参数决定了反应的产物和效率。
生物活性层是一个重要的环节，是水生生物或微生物参与反应的主要部分。
其中，微生物是生物活性层的核心，它们根据营养状态发生生长、代谢和能量转换等复杂的反应，完成指定的反应目的。
四、生物反应器的功能生物反应器的主要功能是实现微生物生长代谢和化学过程，从而获得所需的生物制品或化学成品。
其次，需要满足反应器内环境的生物学和物理学参数要求，如空气、水、营养物、pH、pO2、温度、压力、流量等参数，确保最大的反应效率和最佳的反应条件。
大规模培养细胞技术
[9]张立,严春,范卫民,等.Vero细胞的微载体培养——放大过程中的接种工艺[J].华东理工大学学报,1998,24:659~663
[10]Zhang L,Zhang Y,Yan C,et al.The culture of chicken embryo fibroblast cells on microcarriers to produce infectious bursal disease virus[J].App Biochem Biotechnol,1997,62:291~30
2.1.3
巨载体培养，是相对微载体和细胞而言的。在这种培养方式中，细胞虽然也像微载体一样贴附于固定的表面生长，但巨载体在生物反应器中是固定的，不因为搅拌而跟随培养液一起运动。
2.2悬浮培养
细胞悬浮培养是指在反应器中自有悬浮生长的过程。悬浮培养系统主要用于非贴壁依赖性细胞的培养。杂交瘤细胞的悬浮培养是研究得最广泛和透彻的动物细胞培养过程，培养规模最大，操作最成熟。近年来，随着无血清培养技术的发展，越来越多的贴壁依赖性细胞被驯化适合于无血清悬浮培养，例如重组CHO细胞和BHK细胞的大规模悬浮培养都获得了成功[11]。
大规模
摘要：细胞培养工作始于20世纪初，现已广泛应用于生物学、医学各个领域，成为细胞与组织研究的重要技术之一。近年来，随着基因工程和细胞工程技术的不断发展，动物细胞培养已成为大规模生产一系列有商品价值的生物制品的重要宿主，当前人们已经能够生产多种单克隆抗体、激素、细胞因子、病毒疫苗和具有特殊功能的效应细胞等。但是，实验室采用的细胞培养技术获得的细胞量有限，不能满足生产的需求，必修改用超产培养技术方法方可获得大量细胞，目前这种技术种类繁多，归纳起来有三大类：①贴壁培养法；②悬浮培养法；③固定化培养法。细胞体外培养技术的不断发展和完善，为组织和器官培养以及现代生物技术前沿的转基因动物技术、克隆技术、干细胞定向分化、体外受精、性别控制等一系列技术的发展奠定了基础。
大规模细胞培养技术的操作方式
大规模细胞培养技术的操作方式规模细胞培养的操作方式可分为：分批式、流加式、半连续式、连续式和灌注式五种。
一、分批式培养（batch culture）分批式培养（batch culture）是细胞规模培养发展进程中较早期采用的方式，也是其它操作方式的基础。
该方式采用机械搅拌式生物反应器，将细胞扩大培养后，一次性转入生物反应器内进行培养，在培养过程中其体积不变，不添加其它成分，待细胞增长和产物形成积累到适当的时间，一次性收获细胞、产物、培养基的操作方式。
该方式的特点:操作简单。
培养周期短，染菌和细胞突变的风险小。
反应器系统属于封闭式，培养过程中与外部环境没有物料交换，除了控制温度、pH值和通气外，不进行其他任何控制，因此操作简单，容易掌握；直观反映细胞生长代谢的过程。
因培养期间细胞生长代谢是在一个相对固定的营养环境，不添加任何营养成分,因此可直观的反映细胞生长代谢的过程,是动物细胞工艺基础条件或"小试"研究常用的手段；可直接放大。
由于培养过程工艺简单，对设备和控制的要求较低，设备的通用性强，反应器参数的放大原理和过程控制，比较其它培养系统较易理解和掌握，在工业化生产中分批式培养操作是传统的、常用的方法，其工业反应器(Genetech)规模可达12000L。
分批培养过程中，细胞的生长分为五个阶段：延滞期、对数生长期、减速期、平稳期和衰退期。
分批培养的周期时间多在3-5天，细胞生长动力学表现为细胞先经历对数生长期（48-72h）细胞密度达到最高值后，由于营养物质耗劫或代谢毒副产物的累积细胞生长进入衰退期进而死亡，表现出典型的生长周期。
收获产物通常是在细胞快要死亡前或已经死亡后进行。
二、流加式培养（feeding culture）1.流加式培养是在批式培养的基础上，采用机械搅拌式生物反应器系统，悬浮培养细胞或以悬浮微载体培养贴壁细胞，细胞初始接种的培养基体积一般为终体积的1/2～1/3，在培养过程中根据细胞对营养物质的不断消耗和需求，流加浓缩的营养物或培养基，从而使细胞持续生长至较高的密度，目标产品达到较高的水平，整个培养过程没有流出或回收，通常在细胞进入衰亡期或衰亡期后进行终止回收整个反应体系，分离细胞和细胞碎片，浓缩、纯化目标蛋白。
生物反应器中的细胞培养技术
生物反应器中的细胞培养技术随着现代生物技术不断发展，细胞培养技术也得到了广泛的应用，成为生物制药、细胞治疗等领域中不可或缺的一格重要技术。
而生物反应器作为细胞培养技术中最为重要的设备之一，其设计和操作对于细胞培养质量和产量有着至关重要的影响。
一、生物反应器的基本结构和原理生物反应器是一种控制环境和条件的特殊装置，其主要结构包括容器、搅拌器、温控系统、气体进出口等。
在生物反应器中，细胞或微生物体系会得到最优化的培养环境，并且其生长和代谢过程也可以被有效的控制和调节。
生物反应器的原理主要是将培养基和生长物料加入反应器中，并通过氧气的供给和废气的排出，维持细胞培养环境的稳定，从而促进细胞生长和代谢。
同时，可对反应器中的环境参数进行调整，比如温度、pH值、气体流量等等，以保证反应器内的细胞或微生物体系在最佳状态下生长和繁殖。
二、细胞培养技术在生物反应器中的应用生物反应器可以实现对细胞培养环境的精细调控，使得细胞的生长和代谢情况得以更好地掌握和管理。
在生物制药领域中，细胞培养技术的应用非常广泛，可用于大规模生产各种生物制品，如疫苗、抗体、激素等。
而在细胞治疗领域，细胞培养技术被用于生成大量可用于治疗的细胞，如干细胞、T细胞等。
细胞培养技术在生物反应器中的应用中，样品线筛选和分析是关键的一步。
由于反应器中的生物结构比较复杂，各类活性的分子也比较难以提取和同步分析。
在这方面，生产商和研发单位可以选择比较适合自己研究和开发的样品线筛选系统，从而更加便于提取和分析样品，并且可以减少样品出现的诸多问题。
三、生物反应器的优势和局限性相比于其他细胞培养方法，生物反应器具有较多的优势，如批量制造的效率较高，可以满足大规模生产的需求；同时，生物反应器的培养环境比较稳定，可以提高培养质量和产量。
然而，生物反应器的应用仍然存在一些局限性，比如设备的运行成本较高，需要进行定期维护和清洗；同时在生产过程中会产生较多的废水和废气等污染物，环保问题需要得到重视。
应用一次性生物反应器大规模培养BHK-21细胞
口蹄疫 是 由 口蹄 疫病 毒 （舳 Ｖ）引起 的一种 危 疫 苗奠 定基础 。
害 严 重 的 烈 性 传 染 病 之 一 ，主 要 危 害 猪 、牛 、羊 等
偶 蹄 动 物 ，给 畜 牧 业 生 产 和 人 民 生 活 造 成 极 大 损 １ 材 料 与 方 法
失 ，世 界 各 国对 口蹄 疫 病 毒 的研 究 极 为 重 视 ，而
研 制 口 蹄 疫 疫 苗 是 防 治 口 蹄 疫 爆 发 的 有 效 措 施 １．１ 主 要 试 剂 与 材 料
之 一 。
ＤＭＥＭ培 养 基 ，ＧＩＢＣＯ １２８００；胎 牛 血 清 ，武 汉
基质细 胞 是病 毒增 殖 的唯一 场所 ，也 是 为病毒 三 利 ；胰 酶 ，Ｓｉｇｍａ Ｔ４７９９。
业 化 生产 还 不现 实 。
ＡＰ２０（１０ Ｌ）、ＡＰ２００（１００ Ｌ）激 流 ＆灌 注 式 生物
为 了克服 这些 缺 点 ，本 试验 采用 细胞 载体 和一 反应器 ，杭州 安普 生物 工程有 限公司 ，细 胞载 体量 分
次 性激 流 ＆灌 注 式 生物 反 应器 ｎ ］，成功 地 发 展 了大 别 为 １５０ ｇ和 １ ２００ｇ。
作 为 种 子 罐 ，当细 胞达 到 一 定 密度 时 ，约 ８～ ｌ０
化载体细胞 ，接种２２０ ｍＬ纸 片 载 体 转 管 （如 图２），接 天 时 间，胰 酶 消化 载 体 细胞 ，将 细 胞 转移 至ＡＰ２００生
种 量 约 １．０× １０ ｃｅｌｌｓ，体 积 ２００～３００ ｍＬ，培 养 方 物 反 应 器 （ＯＨ图４）。
有 限 ，单 位 体 积 所 提 供 的 细 胞 生 长 表 面 积 小 ，细 胞 １．２ 主 要 仪 器
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我国大规模细胞培养生物反应器综述文章比较全面的介绍了我国目前生物反应器的现状,各种品种发酵的特点.提出了反应器的设计要以代谢流分析为核心,要从系统生物学的角度出发.1、发展大规模细胞培养及其生物反应器借助于细胞培养进行各种产品生产已是我国生物技术产业化的重要组成部分，涉及医药、化工、轻工、食品、农业、海洋、环保等行业。
培养的细胞不仅只是微生物，用于生物技术产品生产的动物细胞、植物细胞和藻类细胞大规模培养已引起了大家重视，显露出令人鼓舞的前景。
而且随着生物技术的发展，在人类今后发现的一切具有生物活性的物质都可以借助于细胞培养方法得到。
它们可以是细胞代谢产物、生物转化、酶或某基因表达产物。
此外，随着人类社会经济发展，如果没有基于科技进步的大力开发，能源和资源将难以支撑人类社会进一步发展的目标，人类社会的发展必须将基于碳氢化合物的经济转变为基于碳水化合物的经济。
这种能源结构和资源结构的转变将直接关系到我国经济的可持续发展，社会的稳定、和国家安全。
解决上述问题的最有效方法就是发展工业微生物，只有工业微生物才能将来源于太阳能的可再生资源碳水化合物转变为现代社会所需要的化工原料和能源。
显而易见，要进行这些产品的生产，无不涉及到细胞代谢与大规模培养研究。
为了提高生产水平，除了获得高生产能力的细胞株外，生物反应器是重要的核心技术，必需提供有利于生物过程研究的装置技术和高效节能的生产装置。
但是在生物技术产业化平台中，细胞大规模培养技术等中下游技术是我国最薄弱的技术环节之一，以我国生物医药等领域产业化来说，与先进国家的差距是全面的。
滞后的一个重要原因之一就是缺乏相配套工艺的工业化放大技术研究和相应的装备技术支撑。
例如以哺乳类细胞培养技术来看，西方国家基因工程抗体的开发已经进入大规模细胞反应阶段，细胞工程研究规模已经达到1000L以上，基因工程抗体的生产反应系统最大规模达到20000L以上。
相形之下，我国多数药物开发单位的细胞反应规模仍停留在2-30L 规模，100L的培养技术还不稳定，长期以来都是照抄照搬国外的技术和进口国外设备。
国内只能生产一些低档装置, 仅靠科研成果模仿和基础科学的跟随。
与其他各行业的装备制造业一样，生物反应器为生物技术产业再生产和扩大再生产提供共性技术和关键技术，它的发展水平也反映了国家在科学技术、工艺设计、材料、加工制造等方面的综合配套能力。
装备制造业和商品化的迫切性可以归纳为如下几点：l 每年有大量的从摇瓶到不同大小的实验室生物反应器进行生物技术的实验室研究或中试放大的项目，这些项目有的已购买设备，但需要维修，有的则需新添有关装置。
l 每年有相当数量的生物技术工程项目投入，需要大量的用于生产的生物反应器，传统生物技术的生物反应器一般体积较大（几十M3到上百M3），而现代生物技术所需的反应器装置体积较小，但技术要求高。
l 随着不同产品过程优化与放大技术研究的进展，迫切需要新设计原理的生物反应器发挥作用。
由此，必需有不断更新技术的生物反应装置推向市场，或者对现有生物反应器生产装置进行新技术改造，这也是包括制药、食品、轻工在内的传统产业现代生物技术改造的主要内容之一。
l 随着生物技术的发展，需要性能更高的生物反应器，例如哺乳类动物细胞大规模培养是当前高附加值的糖基化活性蛋白医药产品的发展趋势，如何开发适应动物细胞特殊需要的生物反应器并商品化就成为迫切需要解决的问题。
l 生物反应器产业是集中各种高技术含量的机电一体化产品，不能简单的认为是一种机械加工与仪表的结合。
随着计算机软硬件技术进展、以及传感技术、化学工程的流型研究技术及其他元器件等技术进步，最后通过生物反应器技术设计实现更新换代，才能形成对生物技术产业化的贡献。
由此可见，建设一个有多种技术支撑的，与生物技术产业化研究密切关联的商品化生物反应器生产，形成生物技术产业的支撑体系和产业链己经是我国发展生物技术产业必不可少的重要措施。
2、生物反应器产业的产品特点(1) 产值不大作用大生物反应器产业本身很难有每年达数十亿元的产值，但其在生物技术产业链中却起着再生产和扩大再生产的作用，达上百亿元以上。
有时一个新的生物反应器技术的应用和推广，就可能促进某一生物技术产品的产业化形成，提高生产能力，或降低生产成本，可节约能耗达数十亿元之巨。
(2) 产品多样性目前用于生产的细胞和生物材料有微生物、动植物细胞、藻类、各种酶类等。
不同细胞或酶有不同特点，因而有不同生物反应器设计要求。
生物反应器种类有气升式反应器和机械搅拌反应器；常规反应器和光生物反应器；好氧和厌氧反应器；液体深层培养反应器和固体发酵反应器；根据不同机械结构划分的反应器；不同控制原理划分的反应器等。
此外，生物反应的规模也可由几十毫升到上百M3不等。
由此可见，很难规定几个通用产品进行大批量生产，大多数用户根据自己的研究或生产特点，提出不同的定货要求，反应器研制厂家必需有足够的技术力量和经验进行非定型化设计，以满足用户要求。
(3) 生物过程优化与放大技术具有先进的生物过程优化和放大能力是生物反应器设计的核心技术。
由于在生物反应器中所发生的反应是在分子水平的遗传特性、细胞水平的代谢调节和反应器工程水平的混和传递等多尺度（水平）上发生的。
因此，如何利用生物反应器中的多参数检测技术和在线计算机控制与数据处理技术，把细胞在反应器中各种表型数据与代谢调控有关的基因结构研究关联起来，是反应器过程优化与放大的重要内容，也是当前国内外竞相发展的具有原创性的知识产权技术，对促进生物技术产业化发展具有重要意义。
由此可见，提供包含以上功能并具有自主知识产权的商品化生物反应器应是我国生物反应器产业的重点之一。
(4) 生物技术发展要求性能更高的生物反应器为了适应各种生物技术的实验室成果向产业化转化的需要，对生物反应器的性能要求愈来愈高，目前主要表现为：l 用于基因工程高密度高表达，符合GMP标准的生物反应器以及一些新技术的应用等。
其中关于供氧问题，快速升温、SIP自动灭菌、CIP自动清洗、机械密封、排气处理、取样处理等问题以及培养液成份的流动注射分析（FIA）分析等都需很好解决。
l 哺乳类动物细胞大规模培养是当前生产高附加值的糖基化活性蛋白医药产品的重要发展趋势。
根据动物细胞无细胞壁，对剪切极端敏感，在细胞生长控制上，要防止细胞分化和细胞凋亡，有时还要考虑对产品糖基化质量的要求。
所以反应器要具备低剪切效应，混合性能好等特点，要提供细胞形态在线观察和活细胞数量的传感技术，严格控制反应器的操作条件以及有关防污染的灌注系统、取样系统等都需要研究解决。
l 用于细胞过程生理特性和过程传递特性研究的生物反应器研制，其中主要解决用于过程分析的各种传感器选型研制和数据处理软件包的研制。
特别是近年来随着微生物基因组测序和系统生物学研究工作的深入展开，发酵过程检测与控测已经从基于参数传感技术的反馈控制发展为以信息处理为基础的生物过程检测与分析。
各种谱分析与生物反应器实验数据关联起来，提供各种表型数据具有重要意义。
因而对反应器设计提出了新的要求。
l 随着生物技术在各领域的推广应用，用于海洋藻类、微生物肥料、微生态饲料、环境污染处理等大规模细胞培养需要高强度低造价的生物反应器。
特别是近年来利用生物质生产燃料乙醇等能源物质的战略部署，需要应用大型高效节能生物反应器降低生产成本。
(5) 产品型号更新换代与部件技术研究生物反应器是多专业技术发展的综合体，由于反应器零部件技术的进步，必须及时更新产品设计，为用户提供性能更好且价格合理的反应器产品。
这些零部件技术包括计算机软硬件技术、各种传感技术、反应器流型设计，新机械结构和材料等等。
此外，随着信息处理技术的发展，如何实现大批量数据处理、贮存与通信，把生物信息学与过程信息结合起来实现复杂生物系统的分析与控制，也以软件包的形式逐渐从实验室研究走向商品化。
(6) 产品生产的标准化、规范化作为商品化装置的市场化，建立生物反应器生产标准，实施IS09001管理是发展生物反应器产业的重要内容，只有这样才能提供合符用户要求及质量稳定的产品。
主要内容有：l 产品装置成套加工的工艺技术路线的确定与质量控制研究。
在生物反应器制造过程中，如材料、焊接、表面处理、零部件机加工、外购件、易耗品…、直到安装流程工艺、器材仓库管理…等都要严格实施质量检验；l 原材料、半成品、成品标准等的确立与实施。
如有关传感器及一些如空气过滤器、阀件、质量流量计等关键部件的测试标准的建立与研究，整机性能测试标准的建立与研究；l 产品质量过程控制程序的确立与实施等；整机性能测试标准的建立与研究。
(6) 高品质的售后技术支持由于生物反应器中的反应是在基因、细胞和反应器工程水平上多尺度发生的，因而真正利用生物反应器实现过程优化是有难度的，从理论到实践的提高，并进一步在生物技术产品生产中发挥作用，需要有一个过程，应该把售前宣传和售后服务等与整体应用技术提高结合起来才能取得好的效果。
3、我国发展生物反应器产业的现状和今后发展3.1 现状我国生物反应器的研究一直受到国家有关部门的重视，在国家攻关“七五”、“八五”期间先后立题，并集中国内有关单位攻关，解决了在生物反应器研制中的几个关键技术问题，并形成了早期产品。
但由于计划经济时代国家攻关计划与产品开发脱节，再由于当时国内配套基础差，以及各种体制和观念上的问题，严重影响产品质量，故长期来未能在我国形成规模化的产业。
我国商品化生物反应器的市场相当大的一部分被几家国外公司占领。
主要有德国B.Braun、美国NBS、瑞士Bio Engineering、日本丸菱以及韩国等，占据了我国市场的70%左右以上。
近年来，国内有关生物反应器产业发展较快，有关产品生产的公司企业已达十多家，在这些公司的努力下，一改过去基本由国外产品统治国内市场的局面，特别在低端产品上已基本由国内控制。
但是这些公司大都主要从事中低档产品生产，企业技术力量以仿制为主，着重于以降低生产成本为目标的零部件替换研究，虽然产品的标准有所下降，但也能满足一般用户的需要，特别对生物技术产业刚起步的或优化放大要求不高的企业或教学单位，低价的产品己可以适应他们的要求。
但是对一些性能要求高的商品化生物反应器，如SIP自动灭菌与CIP清洗的全自动生物反应器、生物反应器的自动取样与分析系统等，一些重要器件如耐高温灭菌的隔膜阀的抗疲劳、抗澎胀性以及器件加工工艺与标准都有差距，特别是一些符合GMP要求的高端生物技术产品所需的装备或成套设备主要还是由国外公司提供。
由于这些国内公司缺乏生物过程技术的研究力量以及工艺、工程、装备一体化的研究体系，因而不能随着生物技术发展有同步生物反应器的开发能力，例如对于大规模动物细胞生物反应器，至今国内还没有符合要求的定型产品推出。