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
动物细胞大规模培养和专用生物反应器
贴壁培养细 胞转瓶机
细胞转瓶培养器
转瓶培养系统：
为最初采用系统;一般用 于小量培养到大规模培养的过 渡阶段;或作为生物反应器接 种细胞准备的一条途径 细胞 接种在旋转的圆筒形培养器— —转瓶中;培养过程中转瓶不 断旋转;使细胞交替接触培养 液和空气;从而提供较好的传 质和传热条件
转瓶机
转瓶培养的优 缺点
优点：
结构简单;投资少;技术成 熟;重复性好;放大只需简 单的增加转瓶数量等
缺点：
劳动强度大;占地空间大;单位体 积提供细胞生长的表面积小;细 胞生长密度低;培养时监测和控 制环境条件受到限制
二 悬浮培养suspension culture
指细胞在反应器中自由悬浮生长的过 程 主要用于非贴壁依赖型细胞培养;如杂 交瘤细胞等;是在微生物发酵的基础上发 展起来的
通过植物组织培养的药物：奎宁 长春碱 洋地黄 紫 草素 人参皂甙等
1
大 规2 模 动 物3 细 胞 培 养4 工 艺 流5 程 图
6
8 7
9
10 细胞培养反应器
诱生剂
细胞
提取 纯化
产品肿瘤抗原
提取 纯化 产品干扰素
细胞
浓缩纯化
产品单克隆抗体
大规模培养动物细胞的方法：
• 贴壁培养 • 悬浮培养 • 固定化培养
一 贴壁培养attachment culture
细胞贴附在一定的固相表面进行的培养
1 生长特性：贴壁依赖型细胞在 培养时要贴附于培养瓶器皿壁上;细 胞一经贴壁就迅速铺展;然后开始有 丝分裂;并很快进入对数生长期 一般 数天后就铺满培养表面;并形成致密 的细胞单层
贴壁培养细 胞转瓶机
2 贴壁培养的优点：
2 连续式培养的特点： ●细胞维持持续指数增长；
生物反应器技术在细胞培养中的应用
生物反应器技术在细胞培养中的应用随着科技的不断发展，生物工程技术逐渐成为了人类社会中普遍而重要的一项技术。
在这个领域中，人们经常使用生物反应器来进行细胞培养和生产等操作，这一技术的应用范围非常广泛。
本文将从生物反应器的基本原理、种类和应用等方面入手，探讨生物反应器技术在细胞培养中的应用。
一、生物反应器基本原理生物反应器是一种用于维护和控制细胞培养环境中生物反应的设备。
其基本原理是将压缩空气、氧气、二氧化碳、氮气、水等科学制剂按一定比例掺入培养基里，通过阀门和传感器来调整培养环境的温度、pH值、营养成分和气体浓度等，使得细胞在理想的条件下进行生存和增殖。
在生物反应器中，培养基可以通过不同的方式进入反应器内部。
比如，盘式马达等传统的方法，也有现代设备采用磁力轮等更加灵活的方式。
为了加快细胞培养速度，生物反应器中还往往会加入一些适当的激素、细胞因子等生物制剂，以及人工构建的生物足迹、三维介质等。
二、生物反应器种类根据控制方式的不同，生物反应器大致可以分为静态反应器和动态反应器两大类。
其中，静态反应器通常被人们用来进行较为简单的细胞培养工作，例如免疫细胞的分离和培养等。
而更为重要的动态反应器，又可以分为机械式反应器、泡沫式反应器、悬浮式反应器和附着式反应器四类。
其中，机械式反应器是利用机械装置来控制培养液搅拌的反应器。
这种反应器具有体积小、机器造价相对较低等优点，但其流体力学性质有一些不足之处，对于细胞培养的影响比较大。
泡沫式反应器则通过控制气泡的大小和密度来调整培养液内的气体浓度，以使培养环境更为理想。
悬浮式反应器可以使细胞长在培养液中，通过机械或气体力学力量对培养液进行搅拌，以使细胞与营养液的接触更加均匀。
这种反应器具有易于操作、细胞生长均匀等优点。
附着式反应器则可以模拟体内细胞壁对其周围环境的影响，使得细胞培养环境更加精细。
三、生物反应器技术在细胞培养中的应用由于生物反应器技术具有高效、可控的特点，在细胞培养中得到了广泛应用。
生物反应器的现状及发展趋势
生物反应器的现状及发展趋势
一、生物反应器的现状
随着科技的发展，生物反应器技术的应用已经发展到了一个新的水平，成为当前工业生物技术领域的关键设备。
目前，生物反应器的技术已经大
大改善，更多的生物反应器设备可用于处理大量应用项目，包括蛋白质及
脂肪酸的制备，生物燃料、医药、精细化学品的制备等。
生物反应器不仅
结构简单，而且操作简便，可以有效地提高工艺的效率，提高产品的品质、混合性、制备效率和产量。
现在，生物反应器已经成为最新的生物技术领域的一个重要研究方向，广泛应用于医药、食品、化工、能源、精细化工等行业。
现在，许多新型
生物反应器也已经出现，如微流体技术、多孔介质反应器技术、纳米材料
反应器技术等。
在生物反应器设备上，把细胞从培养液中分离出来，将细
胞与培养基完全分离，可以大大提升工艺的灵活性，可以降低细胞活力的
破坏，获得更高的产品收率。
二、生物反应器的发展趋势
随着生物技术的发展，生物反应器的发展在不断受到关注，未来几年
也将有更多的新技术出现。
生物反应器
收获
氧气 回流 加热器 气体交换
PH
DO T
CO2Leabharlann 传感器泵五、生物反应器的主要培养产物
1.病毒疫苗 病毒疫苗 2.非抗体免疫调节剂 非抗体免疫调节剂 3.多肽生长因子 多肽生长因子 4.酶类 酶类 5.激素 激素 6.肿瘤特异性抗原 肿瘤特异性抗原 7.单克隆抗体 单克隆抗体 8.病毒杀虫剂 病毒杀虫剂
流态床化学反应器，不同的是，流态化的 固体是带有细胞 细胞的微粒。培养液通过反应 细胞 器垂直向上循环流动不断提供给细胞必要 的营养成分，使细胞得以在微粒中生长； 同时，不断地加入新鲜的培养液，并不断 地排除培养产物或代谢产物。图11-7为生 产用CF-IMMOTM流化床生物反应器的示 意图，这种反应器的传质性能很好，并在 反应塔 循环系统中采用膜气体交换器 膜气体交换器，能快速提 膜气体交换器 供给高密度细胞所需的氧，同时排除代谢 产物；反应器中的液体流速足以使细胞微 粒悬浮却不会损坏脆弱的细胞。由于流化 床生物反应器满足了高密度细胞培养、使 高产量细胞长时间停留在所应器中、优化 细胞生长与产物合成的环境等细胞培养的 要求，流化床生物反应器既可用于贴壁依 赖性细胞的培养，又可用于非贴壁依赖性 细胞的培养。表11-11为流化床生物反应器 达到的细胞密度。
完！谢谢！
二、生物反应器的基本要求
(1)混合系统设计应能提供均匀、温和的混合 状态，剪切力小，保证良好的传质效果。 (2)反应器内空间利用率高，选用合适的载体 系统和材料。 (3)能严格保证无菌环境。 (4)能精确地控制温度、酸碱度、溶解氧和 C02浓度等条件。 (5)能够方便地实现培养液的连续添加、样品 的采样和观察。
抗体产量， 抗体产量，mm/l
滚瓶 20 127 10 30 76 25 38 100
生物反应器技术的应用
生物反应器技术的应用在现代生物科技领域，生物反应器是一个至关重要的工具，它是一种能够模拟自然界生物过程的人造设备，用来培养、维持生物体、微生物、细胞等生物材料的种植和发育的机器。
在近年来，随着生物工程技术的发展和应用，生物反应器已经成为一种重要的科技手段，被广泛应用于生物基因工程、微生物发酵、制药等领域，对人类健康事业、食品生产等多个方面产生了深刻的影响。
生物反应器概述生物反应器是一种工程设备，其功能是提供一种适宜的环境和场所，使生物体、微生物、细菌等生物材料能够正常生长和发育。
生物反应器的主要部件包括反应器本体、搅拌器、气体增加装置、离心机等。
反应器本体的构成主要包括反应器柱体、反应器罩和反应器轴等，通常是由不锈钢或其他材质制成，具有高强度、不易生锈的特点。
搅拌器则能够提供足够的氧气和营养物质，以促进生物体或微生物的增殖，从而实现她们的长期生长与发育。
气体增加装置则能够根据反应器内气体的需要自动进行释放气体或增加压力，从而保证反应器内的恒定气体环境，提高反应器的工作效率和稳定性。
离心机则是对生物反应器中培养好的细胞、微生物等生物材料进行离心分离，分离其有效成分，并将其提取出来，用于后续的生产加工、分析等操作。
生物反应器分类按照生物反应器中介质物质不同分类，可以将生物反应器分为液体生物反应器和固体生物反应器，其中液体生物反应器应用更为广泛。
液体生物反应器主要应用于细胞、蛋白质等大分子物质的培养，以及微生物发酵等领域。
按照反应器的体积大小，液体生物反应器通常可以分为微型反应器、小型反应器、中型反应器和大型反应器等。
微型反应器的体积通常不到1毫升，主要用于在实验室中进行生物材料的初步筛选，小型反应器一般在1~100升之间，主要用于生产中较小批量的生物材料生产。
中型反应器的体积在100~5000升之间，主要用于中等批量的生物材料生产，以及研究性项目中的规模制备。
大型反应器的体积在5000~30000升之间，主要用于工业规模生产，能够应对大规模生产所需的产出量。
用于细胞培养的自动化设备和自动化方法
用于细胞培养的自动化设备和自动化方法自动化设备和自动化方法在细胞培养领域中扮演着重要的角色。
本文将详细介绍用于细胞培养的自动化设备和自动化方法的标准格式文本。
一、引言细胞培养是生物学研究中常用的实验技术，广泛应用于细胞生物学、药物筛选、基因工程等领域。
传统的细胞培养方法需要大量的人工操作，耗时耗力且容易出现误差。
为了提高细胞培养的效率和准确性，自动化设备和自动化方法应运而生。
二、自动化设备1. 培养箱自动化培养箱是细胞培养中常用的设备之一。
它具有恒温、恒湿、恒气体组成等功能，能够提供细胞生长所需的理想环境。
自动化培养箱还可以通过连接计算机实现远程监控和控制，提高实验的灵活性和便捷性。
2. 培养皿处理系统培养皿处理系统是用于自动处理培养皿的设备。
它可以实现培养皿的分装、移液、洗涤等操作，减少了人工操作的繁琐和时间消耗。
培养皿处理系统还可以根据预设的程序自动进行操作，提高了实验的一致性和可重复性。
3. 液体处理系统液体处理系统是用于自动处理培养液的设备。
它可以实现培养液的配制、移液、混匀等操作，减少了人工操作的错误和风险。
液体处理系统还可以根据实验需求进行自动化的液体处理流程，提高了实验的效率和准确性。
4. 细胞培养生物反应器细胞培养生物反应器是用于大规模细胞培养的设备。
它具有自动控制温度、气体组成、培养液搅拌等功能，可以提供理想的培养环境。
细胞培养生物反应器还可以通过连接计算机实现远程监控和控制，方便实验的管理和操作。
三、自动化方法1. 细胞传代传统的细胞传代需要手工进行，操作繁琐且容易出现污染。
自动化的细胞传代方法可以通过机器手臂等设备实现自动的细胞传代操作，提高了操作的准确性和效率。
2. 细胞培养液的配制传统的细胞培养液配制需要手工称量和混匀，容易出现误差。
自动化的细胞培养液配制方法可以通过液体处理系统等设备实现自动的液体配制和混匀操作，提高了配制的准确性和一致性。
3. 细胞培养条件的控制细胞培养过程中，温度、湿度、气体组成等条件对细胞生长有重要影响。
生物反应器与相关生物工程探讨
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 能大的表面积。我国用于哺乳动物细胞培养主要存在生物相容材料的材 应提供适宜环境的设备， 化学反应器常常是—个高能耗过程， 而生物反应 质比 萏 薯 后、 生产工艺落后、 缺少专业人才、 以仿制为主科研ｌ ｉ 力差、 缺少 器在酶和微生物的参与下不需要消耗太多能量。 生物反应器的结构、 操作 团队精神等问题。我国生物药物企业想赶超国际大公司需要很大的努力 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 和 时间。 密切关系， 它是生物反应过程中的关键设备。 生物反应器广泛应用于生物 ５生物反应 器发展的推 动力 食品、 生物医药、 生物化工、 生物农药、 生物肥料、 生物能源、 环境保护等领 只有新工艺、 新材料、 新检测手段 、 高程度的 自 动化控制 、 新的质量控 本文对生物反应器与相关生物工程的的发展隋况进行综述。 制方法才能推动生物反应器的发展。 工艺是生产的核 ， 工艺的改变必然 １生物反应器的功能和控制 带动生物反应器的发展。 新材料可以改善生物反应器的生物相容性、 密封 生物反应器的主要功能是模拟生物生长或生产的自然环境。 在生物 性 、 易清洗 陛等， 能够推动生物反应器的发展。新检测手段尤其是在线监 反应器主要参数有 ： 通气 、 光密度、 浊度、 离子强度、 消泡、 ： 乳酸、 氨等。 所有 测可以增加对反应的监控， 更好的控制反应， 能推动生物反应器监控手段 的参数都是根据生物生长阶段需求来确定。实际生产过程中对参数的控 的发展。 新的质量控制方法可以增加质量的控制， 能推动生物反应器的发 制有多种方法。控制参数主要的方法有单层桨搅拌、 多层桨搅拌、 机械搅 展。高程度的自动化控制能推动生物反应器控制能力的发展。 拌、 磁力搅拌、 表层通气 、 深层通气、 半连续培养、 连续培养 、 连续灌注培养 ６生物反应器与成功的生物工程系统 等。生物反应＝ 足生物因素、 传热因素 、 监控因素、 化学因素、 物质 高效工程菌株的构建、 培养基的优化 、 生物反应器系统谢 十、 在线监 快速均匀传递传质、 安全因素、 操作因素等。酶反应过程用的反应器则称 控 、 Ｇ ＭＰ 执行 隋况、安全保障体系等都是现代成功的生物工程系统的关 为酶反应器。 从生物反应过程说， 发酵过程用的反直器称为发酵罐。 发酵 键要素。在线监控可以增加药品质量的控制和生产过程的控制。在线监 罐发酵罐可以分为嫌气 酵罐、 好气 酵罐、 污水生物处理装置等。好气 控可以及时排除安全隐患。完善安全保障体系的质量安全的保障。培养 发酵罐按其能量输入方式可分为通用式发酵罐、 循环泵发酵罐、 鼓泡塔式 基的优化直接关系到产品的质量和产量。 Ｇ Ｍ Ｐ执行 隋况关系到产品品质 发酵罐。酶反应器可分游离酶和固定化酶反应器两大类。动植物细胞培 和药品的安全性。近年来， 生物工程技术的发展迅速， 大量新技术和新产 养装置是一类新型的生物反应器， 主要应用于动植物细胞的培养。 动植物 品问世。 随着生物医药企业的发展会有更先进的生物反应器被开发出来。 细胞的培养的培养条件Ｅ 瞄骸４ ， 培养比陵周期长。 生物反应器具有耐受 参考文献 蒸汽灭菌、 反应时常是气、 液、 固三相并存、 能防止杂菌污染和活性衰退、 ［ １ 碑 学辉， 戴海平， 范运双． 新型 膜生物反应器及膜污染的 研究进展讥工业 常温常压下操作、 制作严密无隙以防染菌、 反应器体积相当庞大 、 对微生 水 处 理 ２０ ０ ９ 物或酶无毒害的材质制作等特点。 ［ ２ ］ 吴成泽 永军牡 于蛟 强． 复合式膜生物反应器泥饼层中 Ｅ Ｐ Ｓ 含量及 ２ 生物反应器 与生物工程 中试 其与膜污染的关系 Ｂ 幻Ｕ中国科技论文在线２ ０ ０ ９ （ ￣ ． 中试是科研成果变成产品的重要纽带。中试工艺要根据生物反应器 口 横 圣氍 吴志超月琪． 浸没式平板膜生物反应器处理工业区污水试验研 的能力进行设计。中试试验要进行建细胞库、 工艺验证、 制造和检定记录 究 环境 ． ａ ￣２ ｏ ｏ ５ （ ６ ） ． 和规程草案、 提供动物实验和临床研究用产品等。 中试生物反应器的设计 Ｉ ４ 横 显怀， 霍守亮． 申 空纤维膜一 生物反应器处理生活污水试验研究 ［ ｒ ｌ 安徽 要符合 Ｇ Ｌ Ｐ 、 Ｇ ＭＰ及行业标准。生物反应器中试放大实验主要存在的问 建筑工业学院学报伯 然科学版 Ｏ ０ ３ 题有污染的控制 、 细胞生长的控制、 产物有效回收 、 细胞生长的条件、 过程 同于晓霞， 王锦． 一体式膜生物反应器中膜污染影响因素的研究 环境科 参数优化。 学与管－ ￣ ＿ ． ２ ． ０ ０ ７ （ １ １ ３生物反应 器与生物工 程的大规模 工业化 问朱学 峰 吴志超， 王志伟， 麦穗海 王荣生 ， 王旭． 膜一 生物反应器处理超市废 培养基储存系统、 补料系统、 ＷＦ Ｉ 系统 、 Ｃ Ｉ Ｐ系统 、 Ｓ Ｉ Ｐ系统 、 收获系 水中污泥 巨质与膜污染关系分析 环境工程学； ｝ １ ｔ ． ， ２ ０ １ ｌ （ １ 统等是生物反应器的大规模现代工业化！ 顽使 用辅助支持系统。生物反 【 ７ 牌 建华， 朱宝库， ｛ 余 又一夕 置式中宝纤维膜一 生物反应器处理污水的研究 应器想要实现大规模现代工业化必须具有 自动化程度高的控制系统并 膜科 学与技术２ ０ ０ ６ 装备 可视化操作软件。生物反应器系统化设计 的优劣直接关系到生物工 ［ ８ ］ 刘欣膜生物反应器在水处理中的应用Ｄ ｌ 化工文摘， ２ ｏ ０ ７ 程 是否能 工业化 。 ［ ９ ］ 李军， 江定国， 刘红啊 建平， 孟光辉， 杨晓东， 宋玮华． 复合式膜生物反应器 ４ 生物反应器与 哺乳动物细胞 培养 处理生活污水叽中国环境科学２ ０ ０ ６ （ ３ ） ． Ⅱ 甫 乳动物细胞培养是非常重要生物制药方法。 哺乳动物细胞培养过 ｆ ｌ ｏ 】 ； 长 军， 王宝贞 ， 聂梅生． 复合淹没式中空膜生物反应 器处理生活污水的特 药物工程的过程， 也可以说是从普通实验室 性研 究 中 国给水 排水 ， １ ９ ９ ９ （ ９ ） ． 到Ｇ Ｌ Ｐ 实验室。 哺乳动物细胞培养过程是生物反应器的设｝ 十 核心。 动物 ［ １ １ 】 王坚， 季民， 李征， 李静， 付华平， 马文杰． Ｕ Ａ Ｓ Ｂ ＋ ＭＢ Ｒ工艺处理城市垃圾 细胞无保护性的细胞壁， 培养基有血清等天然物质。 仅 列妊 胞能悬 填埋 场渗滤液试验研究与问题讨论埘碱 市环境与城市生态， ２ ０ ０ ３ 浮培养。 而多数具有工业生产意义的细胞须附 着在固体介质上生长和单 『 １ ２ ］ 刘静文顾 平， 杨睿 膜生物反应器处理高氨氮废 市环境与城市生 ｏ ｏ ￣ ５ ） ． 层培养（ 即细胞不能相互堆叠 ） ， 因此要求培养装置有供细胞附着的尽可 态２
细胞培养技术中的生物反应器设计与优化
细胞培养技术中的生物反应器设计与优化一、引言细胞培养技术是现代生物科学的重要研究领域之一，它广泛应用于生物制药、组织工程、基因工程、癌症治疗等领域。
生物反应器作为细胞培养技术的核心装置，对细胞生长和代谢产物的生产效率有着至关重要的影响。
因此，生物反应器的设计和优化对于提高细胞培养过程中的产量、质量及成本效益具有重要意义。
本文将从生物反应器的设计、运行参数、传热传质效率、流量和搅拌速率等角度，简要介绍细胞培养技术中的生物反应器设计与优化。
二、生物反应器的设计生物反应器是细胞培养的关键装置，其设计需要考虑到包括细胞生长所需物质（培养基、氧气、温度等）的输送，收集代谢产物、对生物环境的监控等方面的因素，其结构也应能够为细胞自由生长提供足够的空间，提高反应器的填充率和细胞密度。
基于细胞类型、目标代谢产物和生产要求等因素选择不同的可控式反应器进行培养。
1.泡沫床反应器泡沫床是一种三维的拓扑结构，具有良好的生长环境和高的细胞密度。
通常，泡沫床反应器用于生产大量微生物单细胞蛋白、基因表达、疫苗和酵母细胞等大量代谢产物的培养。
其基本组成包括冷却器、搅拌器、气、液分布器、床体等。
2.悬浮式反应器悬浮式反应器又称为液体床反应器，是一种单相混合反应器，可以快速混合决定过程和均质悬浮的细胞或微生物。
在新陈代谢过程中应用较广，如单细胞蛋白代谢产物、抗生素的生产、细胞质合成、细胞生长等。
其基本组成包括气体入口、液位控制器、搅拌器、光照、水甲醛等等。
三、细胞培养中反应器运行参数反应器运行参数是细胞培养反应器的关键设定，针对不同的细胞类型、生产要求和目标产物等因素予以调控，能够提高产量、质量、保存生命周期、多样性、市场竞争力等方面的优势，如温度、pH值、氧气、营养等。
1.温度温度是细胞培养过程中的重要参数之一，不同细胞类型的最适生长温度不同，过高或过低的温度会严重影响细胞生长的速率和细胞数量。
在实际研究中，温度通常设置在35℃-37℃之间，为保证培养过程中温度的稳定性和均匀性，应根据反应器的结构进行优化设计。
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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。