动物细胞培养反应器

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动物细胞培养用生物反应器

4.5 称重控制
采用独立模块控制方式，称重控制器单独设置。使用 PID 控制模式实现自动控制，具有自适应 PID 控制调整功能，可自动设定最佳的 PID 参数。称重控制与料液蠕动泵关联，通过控制蠕动泵开关，实现液位的自动控制和灌流培养功
资料附图均为参考图，配置以实物为准
5
CLAVORUS TM
4.3pH 控制
采用独立模块控制方式，PH 控制器单独设置。使用 PID 控制模式实现自动控制，具有自适应 PID 控制调整功能，可自动设定最佳的 PID 参数。pH 控制与二氧化碳通气控制阀，以及酸、碱蠕动泵相关联，通过控制二氧化碳、酸液、碱液的开关，实现 pH 的自动控制。当 pH 低于设定值时，控制器启动碱液蠕动泵，补碱提高 pH 至设定值；当 pH 高于设定值时，控制器启动二氧化碳气体电磁阀，以及酸液蠕动泵，降低 pH 至设定值。二氧化碳流量可通过转子流量计调节，酸液、碱液蠕动泵流量可通过泵调速阀进行调节，进一步提高了 pH 控制的灵敏度。
工作体积（L） 80 420 500
1000
灭菌方式手动灭菌手动灭菌手动灭菌手动灭菌
CLAVORUSTM B 100
80
自动灭菌/手动灭菌
CLAVORUSTM B 500
420
自动灭菌/手动灭菌
CLAVORUSTM B 600 CLAVORUSTM B 1200
500 1000
自动灭菌/手动灭菌自动灭菌/手动灭菌
5. 反应器硬件
5.1 罐体不锈钢罐体，带不锈钢顶盖和不锈钢三角支架。夹套控温，带保温层。罐体选用 316L 不锈钢材质，夹套选用 304 不锈钢材质。内表面经电抛光：Ra<0.8μm。
资料附图均为参考图，配置以实物为准

动物细胞生物反应器

性质
大小代谢调节方式营养要求胞
10-100mm 内部和激素苛刻倍增时间一般为12-60h 很差，缺乏保护性细胞壁差
微生物细胞
10mm 内部宽松，可利用多种底物倍增时间一般为0.5-2h 较好好
（三）、動物細胞大规模培養技術
动物细胞大规模培养它是在传统的培养技术的基础上，融合固定化细胞、流式细胞技术、填充床、生物反应器技术以及人工灌流和温和搅拌技术等发展起来的。动物细胞大规模培养装置如图。
4.攪拌罐生物反應器（stirtank bioreactor）
搅拌罐生物反应器基本结构为：一个旋转过滤器，一台用于控制温度、pH值、搅拌速度和溶氧（DO）的数字控制装置（DCU）和起通气作用的底部环形喷气结构。
5.堆積床生物反應器（packedbed bioreactor）
CelligenPlus堆积床生物反应器的工作原理为：当推进器旋转时，培养基通过推进器的中心空管螺旋式地从罐体底部上流，然后从三个出口流出，通过堆积床向下流动至罐体底部，再通过推进器的中心管往上流。
3.微囊化培養技術
微囊是一种由半透膜制成的多孔微球体，酶及大分子不能从微囊中溢出，而小分子物质可以通过，微囊化技术是固定化技术将细胞包裹在微囊里，在培养液中悬浮培养，细胞微囊化后由于生长在各自的微小环境里，减少了培养时搅拌对细胞的剪切力，细胞生长良好，培养液易于迅速改变，且无分离细胞与培养液的困难。
2.中空纖維管生物反應器（hollow-fiber bioreactor）
中空纤维管生物反应器主体是由微孔中空纤维管束组成的，纤维束由外壳包裹，可分为壳体空间及管体空间两部分，每部分各有其出口。
3.流化床生物反應器（fluidized-bed bioreactor）

微生物和动物细胞培养的反应器

4.1.1 微生物反应器原核类：细菌蓝 Nhomakorabea菌放线菌
支原体衣原体立克次氏体
微生物
真核类：真菌
原生动物显微藻类
非细胞类：病毒
亚病毒 (类病毒 , 拟病毒 , 朊病毒 )
4.1.1 微生物反应器
发酵罐结构：罐体、搅拌装置、消泡器、轴封、传动装置、传热装置、挡板、人孔、视镜、通气装置、进出料管、取样管等。
用直径为2.5mm的聚四氟乙烯中空纤维管作为通气装置，空气在管内，氧分子通过半透性的管壁扩散到培养液中，供动物细胞生长。
4.1.2 动物细胞培养反应器
5L气腔式动物细胞培养反应器：反应器内有一旋转圆筒，在圆筒上部有3~5个中空的导向搅拌桨叶，在圆筒外壁用200目(75μm)不锈钢丝网焊成一个环状气腔，气腔下面有一圈气体分布管。
4.1.2 动物细胞培养反应器
(2) 动物细胞贴壁培养反应器大部分动物细胞必须附着在固体或半固体表面才能生长
，细胞在载体表面上生长并扩展成一个单层，又称单层培养。
传统方法：滚瓶用4~30L大小的成千上万个滚瓶进行动物细胞培养，来生产疫苗。比表面积小，0.35 手工操作
4.1.2 动物细胞培养反应器
4.1.4 国内外细胞培养反应器
B. Braun D300机械搅拌发酵罐， 200L
B. Braun 10L 气升发酵罐
4.1.4 国内外细胞培养反应器
NBS BIOFLO 110 机械搅拌发酵罐，最大3m3
NBS 7L 发酵罐
4.1.4 国内外细胞培养反应器
韩国一投资2.5 亿美元的单克隆抗体和重组蛋白生产线
4.1.3 植物细胞培养反应器
机械搅拌反应器

动物细胞和植物细胞培养反应器

六叶罗式搅拌器实物图
后来，有人使用锚式搅拌器和螺旋式搅拌器进行植物细胞的培养，
也取得了较好的效果。一般认为螺旋式搅拌器效果最优。
锚式搅拌器和螺旋搅拌器植物细胞培养反应器
吸筒式搅拌器和帆式搅拌器也常用于植物细胞的悬浮培养中，其结构如下图所示。吸筒式搅拌器的结构原理在本章动物细胞培养反应器中会有详细介绍，帆式搅拌器结构相对简单，由四片较大的搅拌叶组成。这两种搅拌在使用时转速都不高，一般在30～80转/分。
吸管式搅拌器和帆式搅拌器
搅拌桨是用尼龙丝编织带制成帆形，搅拌轴用磁力驱动旋转，转速为20~50r/min，氧气通过插入溶液中的硅胶管扩散到培养液内，以维持培养液内一定的溶解氧水平。
带帆形搅拌器的连续灌注系统培养反应器
/sbs.asp?id=118
第
三
章
植物细胞和动物细胞培养反应器
动植物细胞培养与微生物细胞培养有很大的不同。动物细胞培养与微生物培养区别： • 动物细胞无细胞壁，且大多数哺乳动物细胞附着在固体或半固体的表面才能生长；对营养要求严格，除氨基酸、维生素、盐类、葡萄糖或半乳糖外，还需有血清。动物细胞对环境敏感，包括pH、溶氧、温度、剪切应力都比微生物有更严的要求，一般须严格的监测和控制。植物细胞培养与微生物培养区别： • 植物细胞对营养要求较动物细胞简单。但由于植物细胞培养一般要求在高密度下才能得到一定浓度的培养产物，以及植物细胞生长较微生物要缓慢，长时间的培养对无菌要求及反应器的设计也提出特殊的要求。
悬浮培养瓶
小规模悬浮培养
3、固定化培养：是指采用吸附（固体吸附剂）、共价贴附（与固相载体结合）、共价交连（用试剂处理使细胞间形成桥而絮结）、包埋（将细胞包埋在多孔材料内）等方法将细胞固定在支持物上，或将细胞嵌入微囊或高分子聚合物的网络中进行培养。该方法对贴壁依赖性细胞与非贴壁依赖性细胞均适用。

动植物细胞培养反应器

悬浮培养：（主要）植物细胞的悬浮培养是一种使组织培养物分离成单细胞并不断扩增的方法。在进行细胞培养时，需要提供容易破裂的愈伤组织进行液体振荡培养，愈伤组织经过悬浮培养可以产生比较纯一的单细胞。用于悬浮培养的愈伤组织应该是易碎的，这样在液体培养条件下能获得分散的单细胞，而紧密不易碎的愈伤组织就不能达到上述目的。
特点：细胞固定于支撑物表面或内部，支撑物颗粒堆叠成床，培养基在床层间流动。优点：单位体积固定细胞量大。缺点:混合效果差，使溶氧、 pH、温度控制、气体的排出较难。
植物细胞固定化培养生物反应器
无菌空气入口海藻酸钠+细胞悬浮液
空气出口盖子喷嘴
大规模固定化植物细胞的大规模固定化原则上可根据上述方法进行，但是不能再用塑料注射器，而需要采用如图所示的大规模细胞固定化装置进行细胞的固定化。
典型的流化床生物反应器是利用流体的能量来悬浮颗粒的。由于使颗粒呈流化状态所需的能量与颗粒大小成正比，因此，通常采用小固定化颗粒，小颗粒良好传质特性是流化床反应器主要优点。
（3）膜生物反应器

中空纤维反应器螺线式卷绕反应器
中空纤维反应器：细胞保留在管外，基质走管内螺旋式卷绕反应器：将固定有细胞的膜卷成圆柱状优点：可重复使用，可以采用较厚的细胞层缺点: 投资大

4、泡沫和表面粘附性
气泡较大，覆盖有蛋白质和粘多糖，粘性大，易粘附于培养液表面以上的器壁上
5、悬浮细胞的生长与增殖
细胞数量随时间的变化曲线呈现 “S”形。细胞生长经历：延迟期、对数生长期、直线生长期、减慢期和静止期。
6、悬浮培养的优点

增加培养细胞与培养液的接触面及时带走培养物产生的有害代谢产物保证了氧的充分供应

植物细胞及动物细胞培养反应器

(二)、气升式 ▓ 流程
▓ 特点：没有移动部件、完全密封、便于无菌操作、不易染菌、设计简单、便于放大、氧转换率高。
(三)、中空纤维细胞培养反应器
1 、流程
2、反应器结构：器壁，中空纤维(聚矾或丙烯，几千根)，管壁厚50-75，直径 200微米。 3、用途：既可培养悬浮细胞又可培养贴壁依赖性细胞。 4、特点：培养器体积小、细胞高密度生长，浓缩产品、产物纯度高，自动化程度高，生长周期长，但耗材贵。
一、动物细胞培养方法 1、贴壁培养：如滚瓶、微载体(60-250微米) 2、悬浮培养；用于非贴壁细胞 3、固定化培养：两者都适用二、细胞培养方式 1、分批式 2、流加式 3、半连续式 4、连续式 5、灌注式
三、大规模培养反应器 (一)、通气搅拌式 ▓ 结构 ▓ 工作过程
▓ 特点：笼式通气搅拌器可避免通气时气泡损伤细胞，微载体不会滞留在气液界面，流体混合效果好。但氧传递系数小，不能满足高密度培养要求，气路系统不能就地灭菌
第一节植物细胞培养反应器一、植物细胞培养特点 ▓ 比微生物大 ▓ 培养液黏度与细胞量关系大 ▓ 氧需要量小，CO2对细胞有利二、植物细胞反应器机械搅拌悬浮培养非机械搅拌种类填充床反应器固定化细胞培养流化床反应器膜反应器
(一)、悬浮培养反应器 1、机械搅拌式 ▓ 流程
▓ 反应器结构与微生物通风罐相似不同之处：搅拌器为平叶、大平叶、螺旋型 ▓ 特点：溶质混合均匀、K La高(大于100h-1，一般仅需5~20 h-1)，通气量小，但对细胞的剪切力大，功率消耗大，因轴封问题密封性差。 2、非机械搅拌式
▓ 流程
▓ 反应器结构 ▓ 反应器特点：无搅拌不易染菌，但混合不匀，结构简单、传氧效率高，剪切力小。

《生物工程设备》第七章动物细胞生物反应器

动物细胞培养生物反应器随着基因工程的发展，通过动物细胞的培养所生产出多种疗效高的药物、灵敏的诊断试剂及生物技术制品，目前在这一方向上正发展成为一支高新技术产业。

由于动物细胞与微生物细胞有很大的差异，对体外培养有严格的要求，如动物细胞对剪切非常敏感，反应器的设计不能像微生物细胞那样高的剪切力，因此，传统的微生物细胞反应器应该经过改造才能适用动物生物反应器，根据动物细胞的特点，开发新型的生物反应器显得十分重要和迫切。

一、动物细胞培养过程（一）动物细胞培养概论动物细胞培养（cell culture）是从动物体内取出细胞并分散成单个细胞，模拟体内的生长环境，在无菌、适温和丰富的营养条件下，使细胞在体外继续生存、生长、增殖并维持结构和功能的一门技术。

体外培养可分为原代培养（primary culture，亦称初代培养）和传代培养（subculture，亦称继代培养）。

原代培养是指从机体内取出的细胞进行初次培养的过程。

培养的细胞大约增殖10代左右称为原代细胞（primary cell）；从原代培养的细胞继续转接培养称为传代培养。

动物细胞体外培养的历史可追溯到1907年，美国生物学家哈里森Harrison在无菌条件下，以淋巴液为培养基成功地在试管中培养了蛙胚神经组织达数周，并观察到细胞突起的生长过程，创立了体外组织培养法。

1923年，法国学者卡勒尔设计的卡氏培养瓶用于培养鸡胚的心肌组织取得成功，也使得多种动物组织培养获得成功。

20世纪80年代以来，随着基因工程技术和细胞融合技术的迅速发展，人们已经能够把特定的外源基因通过PCR扩增，并转染到动物细胞内，得到高质量的表达，由此可生产各种特殊的生物制品。

德国生物技术公司Hauser用一个含人的IFN-β基因的科斯质粒pCOSIFN-βNDA（36000碱基对）与质粒pHC792COS/tk+DNA（含有单疱疹病毒的tK基因）通过磷酸钙沉淀技术，共转移进入小鼠LK-细胞，从而得到含干扰素基因的能分泌干扰素的细胞克隆。

动物细胞大规模培养用生物反应器(bioreactor)简介

动物细胞大规模培养用生物反应器（bioreactor）简介动物细胞培养技术能否大规模工业化、商业化，关键在于能否设计出合适的生物反应器（bioreactor）。

由于动物细胞与微生物细胞有很大差异，传统的微生物反应器显然不适用于动物细胞的大规模培养。

首先必须满足在低剪切力及良好的混合状态下，能够提供充足的氧以供细胞生长及细胞进行产物的合成。

一、生物反应器分类目前，动物细胞培养用生物反应器主要包括：转瓶培养器、塑料袋增殖器、填充床反应器、多层板反应器、螺旋膜反应器、管式螺旋反应器、陶质矩形通道蜂窝状反应器、流化床反应器、中空纤维及其它膜式反应器、搅拌反应器、气升式反应器等。

按其培养细胞的方式不同，这些反应可分为以下三类：1.悬浮培养用反应器：如搅拌反应器、中空纤维反应器、陶质矩形通道蜂窝状反应器、气升式反应器；2.贴壁培养用反应器：如搅拌反应器（微载体培养）、玻璃珠床反应器、中空纤维反应器、陶质矩形通道蜂窝状反应器；3.包埋培养用反应器：如流化床反应器、固化床反应器。

二、搅拌罐生长反应器这是最经典、最早被采用的一种生物反应器。

此类反应器与传统的微生物生物反应器类似，真对动物细胞培养的特点，采用了不同的搅拌器及通气方式。

通过搅拌器的作用使细胞和养分在培养液中均匀分布，使养分充分被细胞利用，并增大气液接触面，有利于氧的传递。

现已开发的有：笼式通气搅拌器、双层笼式通气搅拌器、桨式搅拌器、海般式搅拌器等。

三、气升式生物反应器1979年首次应用气升式生物反应器成功的进行了动物细胞的悬浮培养。

气升式生物反应器的话优点：罐内液体流动温和均匀，产生剪切力小，对细胞损伤较小；可直接喷射空气供氧，因而氧传递率较高；液体循环量大，细胞和养分都能均匀分布于培养液中；结构简单，利于密封并降低了造价。

常用的气升式反应器有三种：内循环式气升式、外循环式气升式、内外循环式气升式生物反应器。

动物细胞用生物反应器

不同生物反应器的主要特征
特性
反应器类型
气升式
通气搅拌式
中空纤维管式
无泡搅拌式
流化床式
培养方式
悬浮
悬浮
贴壁、结团
悬浮
贴壁、结团
细胞的剪切保护
较差
较高
稍底
较好
较高
较低
对细胞的检测和控制
直接
过程控制
容易
扩散限制
无
放大
容易
生产率
较底
下游处理
较难
二、动物细胞培养用生物反应器
（一）生物反应器的特点动物细胞生物反应器是动物细胞产品生产过程中把原料转化为产物的环节，是生化工艺过程的心脏。由于动物细胞与微生物细胞有很大的差异，对体外培养环境有严格的要求，如动物细胞没有细胞壁，非常脆弱，生长缓慢，对培养环境十分敏感。传统的微生物发酵用的反应器不能适用于动物细胞的大规模培养，因而对动物细胞培养用的反应器的设计和过程控制系统提出了特殊的要求。一般地说，一台生物反应器的设计必须满足如下要求。① 生物因素：必须有很好的生物相容性，能很好地模拟细胞在体内的生长环节。② 化学因素：必须提供足够的停留时间，完成所需要的转化度，符合过程反应动力学的要求。③ 传质因素：对非均相反应，反应过程往往可能被反应底物的扩散速率制约，而不是被反应动力学所控制，因此，必须满足物质传递的要求。④ 传热因素：有能力除去和加入反应过程的热量，无过热点。⑤ 安全因素：能有效地隔离有毒害的反应物和产物，有优良的防污染性能。⑥ 操作因素：便于操作和维修。

大学课件生物工程设备动物细胞培养反应器

• 动物细胞培养
典型过程培养
2、pH
大规模培养时影响培养液的pH稳定性的主要因素有三种：
（1）缓冲液的缓冲能力及种类（2）对流空间大小（3）葡萄糖浓度培养液中正常的缓冲系统是NaHCO3/CO2系统，它是一种弱缓冲系统，其pK为6.1，低于生理学最佳要求。这种缓冲系统要求在培养液上面的对流空间加入CO2以防止它的丢失及增加羟基离子。
• 动物细胞培养
典型过程培养
6、脂类和磷脂前体在使用血清的细胞培养中，脂类来自血清，在无血清培养中，有些细胞需要添加脂类，如胆固醇、脂肪酸、磷脂。特别是缺陷型细胞，对某种脂类有很高的依赖性。
非营养性物质
1、抗生素细胞培养中，特别是原代细胞培养中，常使用抗生素抑制微生物的污染。
2、pH缓冲剂最常用的缓冲剂是碳酸氢钠，常用浓度26mmol/L，接近血中浓度，必须与 5％～10％CO2平衡，否则培养基迅速变碱。 HEPES是缓冲能力很强的化合物，但由于它相当昂贵，细胞大规模培养中很少使用。
典型过程培养
悬浮培养
悬浮培养指细胞在培养容器中自由悬浮生长的过程，主要用于非贴壁依赖性细胞的培养，如杂交瘤细胞等。动物细胞悬浮培养与微生物过程比较接近，但由于动物细胞对搅拌和通气造成的流体剪切很敏感，在反应器的设计和操作上又有特殊要求如利用螺旋带叶轮减小生物反应器培养过程中的剪切作用，并通过表面充气及诱导表面气泡产生具有双层滤网的新型搅拌器，它提高了氧传递速率
典型过程培养
目前，动物细胞培养用生物反应器主要包括：转瓶培养器、塑料袋增殖器、填充床反应器、多层板反应器、螺旋膜反应器、管式螺旋反应器、陶质矩形通道蜂窝状反应器、流化床反应器、中空纤维及其它膜式反应器、搅拌反应器、气升式反应器等。

动物细胞培养生物反应器

•
传统发酵罐
•
酶反应器等
•
固定化酶和细胞反应器
•
动植物细胞培养反应器
.
3
生物反应器类型
机械搅拌式反应器气升式生物反应器鼓泡塔生物反应器膜生物反应器
动物生物反应器植物生物反应器
.
4
一机械搅拌式生物反应器
医药工业中的第一个大规模的微生物发酵过程青霉素生产是在机械搅拌式反应器中进行的。且迄今为止，对新的生物过程，首选的生物反应器仍然是机械搅拌式反应器。机械搅拌式反应器能适用于大多数生物过程，是形成标准化的通用产品。
• 显然，反应器的增大有利于降低生产成本。
.
31
2 动植物细胞培养反应器得到较大发展
• 由于动植物细胞培养可以得到很多高附加值生物制品，如干扰素，单克隆抗体等，细胞培养反应器的开发越来越受到重视。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、取样处理等问题等都需很好解决。
混合不够均匀。
.
28
三其他类型反应器
• 鼓泡塔生物反应器 • 膜生物反应器 • 固定床和流化床反应器 • 动物植物生物反应器 • 其他
.
29
四生物反应器的发展趋势
• 生物反应器的研究、开发和设计是生物技术的一个重要内容，一种好的生物反应器出现往往能够大规模降低生产成本，成为生物制品成功商业化的关键。因此，生物反应器的开发一直很活跃，尤其是最近的细胞生物反应器开发更是如此。生物反应器的发展趋势可归纳为以下几个方面：
.
7
• 反应器的结构
.
8
几何尺寸
H/D=1.7~4 d/D=1/2~1/3 W/D=1/8~1/12 B/D=0.8~1.0 (s/d)2=1.5~2.5 (s/d)3=1~2

动物细胞生物反应器的优化与应用

动物细胞生物反应器的优化与应用动物细胞生物反应器是一种用于生产生物制品（如蛋白质、抗体、疫苗等）的装置，其主体为培养细胞的反应器容器，内部也包含了诸如传质与扰动等方面的细节。

但是，在实际操作中，存在着许多与反应器操作有关的问题，例如生物体积限制问题、浓度分布问题、混合问题及氧输送问题等。

这些问题的存在也导致了生产效率的下降、产品产率的降低以及产品质量的下降，因而，如何优化动物细胞生物反应器，成为了当前的研究课题之一。

一、动物细胞培养的基本概念动物细胞培养是指将动物细胞在无菌的环境下通过培养基、生长因子等物质的提供，使其在体外生长、分化与繁殖的过程。

由于体外环境的变化，许多人体内细胞在体外无法生长，因此需借助动物细胞生物反应器，进行体外细胞培养。

二、优化动物细胞生物反应器的策略1. 拓扑优化：拓扑设计是指将容器内的液体进行物理上合理的摆放，以保证器内生物体积的最大，因而也可以达到对于样品分布的优化。

例如，采用最优的基础形状，避免流体对角度的变化以避免边界性影响。

2. 内部流体和氣流优化：反应器内部的流体混合对于细胞均一、培养条件等方面影响较大。

因此，通过改善混合机制、流动顺序和方向，可以较大的优化反应器的培养质量。

3. 气体输送的优化：动物细胞的培养同样需要氧气供应；因此，气体输送的优化也相当重要。

根据需求，需要提供最优化的氧气含量以保证细胞的生长。

4. 扰动优化：扰动对于细胞是一种有益的刺激，可有效激活运动量小的细胞，并促发它们的计数和分化。

因此，通过鼓励适当的扰动力度，可有效提高细胞的生长及繁殖效率。

三、动物细胞生物反应器的应用案例1. 大规模生产生物制品：动物细胞生物反应器可生产各种生物制品，并且通过优化反应器整体和更改取样协议，生产效率可大大提高。

2. 规模化生产活体免疫细胞：通过结合干细胞技术和生物反应器技术，可用于在大规模生长活体免疫细胞，例如用于移植高等教育。

3. 细胞治疗：利用动物细胞生物反应器生产大量可用于细胞治疗的干细胞和多潜能干细胞，也可用于细胞爆破和制备临床质量的单细胞悬浮液。

动物细胞生物反应器研究发展

动物细胞生物反应器研究发展摘要：现如今，随着社会经济的飞速发展，动物细胞培养在当今生物制品生产中已越来越重要，而动物细胞培养的最主要设备就是生物反应器。

生物反应器是利用酶或生物体(如微生物)所具有的生物功能，在体外进行生化反应的装置系统，是1种生物功能模拟机，是实现产品产业化的关键设备，是连接原料和产物的桥梁。

关键词：动物细胞；生物反应器；研究发展引言动物细胞生物反应器是模拟动物的体内环境并在体外进行生物培养的系统，它是一个集机械、流体、控制、生物等多学科的高新技术产品。

其控制的参数主要有温度、溶解氧（ｄｉｓｓｏｌｖｅｄｏｘｙｇｅｎ，ＤＯ）、ｐＨ、流体动力学、营养物质、代谢产物的浓度等。

最终目的是为了达到细胞高密度增长，高效地产出具有医药价值的酶、单抗、疫苗等目标产物。

相比于传统的生物制品生产工艺，生产周期长、操作繁琐、工作量大、易污染等诸多缺陷，生物反应器系统具有更好的稳定性和安全性，大量节省劳动力、生产场地和能源消耗，降低生产成本，具有明显优势。

1生物反应器培养动物细胞的优势1.1扩大病毒产量生物反应器的推广能改变动物细胞的培养方式，在增加动物细胞密度的基础上，有效提高病毒滴度，利于扩大病毒产量。

PAＲK等在200L生物反应器中悬浮培养BHK-21细胞，第3天即得到每毫升7．65×106个细胞的活细胞密度。

该细胞为口蹄疫病毒疫苗制造的连续细胞系，充分提升了口蹄疫疫苗的生产潜力。

1.2降低成本生物反应器的推广推动了口服疫苗的进程，有利于在确定的培养条件下快速、重复性地展开生产，发挥更高的成本效益。

LESELLIEＲ等为降低英国牛结核病发病率，选择对携带传染源牛分枝杆菌的欧洲獾进行结核病的疫苗接种。

在广阔的地理范围内，采用口服方式能充分发挥疫苗的最佳疗效。

但口服减毒卡介苗的常规生产多基于液体培养基表面的薄膜生长，利用生物反应器开展培养，所得浓度能远远超过同条件下的薄膜生长，在简化制作工序的同时，更加强了操作的循环性，实现成本节约。

第六章动、植物细胞培养装置和酶反应器

因此，微载体培养系统较少单独使用通气搅拌。返回
6.2
植物细胞培养反应器
6.2.1 机械搅拌悬浮培养生物反应器
罗氏搅拌器的结构如图6-11所示，它在较低的搅拌速度下有较好的混合效果。罗式搅拌器有六叶搅拌器和四叶搅拌器，一般常用六叶搅拌器。搅拌器的个数取决于反应器的高径比，最低端的搅拌器离罐底的距离通常为反应器直径的三分之一，第二个搅拌器与第一个搅拌器的距离约为搅拌器直径的1.2倍，余此类推。后来，有人使用锚式搅拌器和螺旋式搅拌器进行植物细胞的培养，也取得了较好的效果。使用这两种搅拌器的植物细胞培养反应器如图6-12所示。一般认为螺旋式搅拌器效果最优。
6.1
动物细胞培养反应器
这种反应器的优点是：首先，液体在罐体内形成从下到上的循环，罐内液体在比较柔和的搅拌情况下达到比较理想的搅拌效果，罐内各处营养物质比较均衡，有利于营养物质和细胞产物在细胞营养液之间的传递，剪切力对细胞的破坏降低到比较小的程度。其次，由于搅拌器内单独分出一个区域供气液接触，气体进入时鼓泡产生的剪切力无法伤害到细胞。最后，这种反应器的气道也可以用于通入液体营养，与出液口滤网配合进行细胞的营养液置换培养增加了反应器的功能。
6.1
动物细胞培养反应器
选择微载体需要考虑以下因素： 1、微载体表面性质。微载体表面性质必须使细胞能够附着并快速生长。 2、比重。能够使用的微载体要求有一定的比重，需略大于培养液的比重，但比重也不能太大。 3、微载体的大小分布应该比较集中，以便可以均匀地悬浮在培养液中。 4、微载体不应该对细胞的生长有任何毒性作用，对细胞产品也不能有任何不良作用。 5、微载体需要有一定的强度。 6、理想的微载体应该能够重复使用。
6.1
动物细胞培养反应器

细胞培养反应器的操作模式

细胞培养反应器的操作模式动物细胞大规模培养的生物反应器操作模式，一般分为分批式操作（batch）、流加式操作（Fed-batch）、半连续式操作（semi-continuous）、连续式操作（continuous）和灌流式操作（perfusion）五种操作模式。

1.批式操作（batchculture）批式操作是动物细胞规模培养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:(1)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；(2)直观的反应细胞生长代谢的过程。

由于培养期间细胞的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，因此可直观的反应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；(3)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。

经过改进的搅拌式生物反应器，目前仍是大规模培养动物细胞用以生产各种药物的主要设备，也是早期用以生产单抗的主要途径。

生物工艺学第九章动物细胞培养(细胞培养用生物反应器)

Ö双层笼式通气搅拌器与控制系统、管路系统、蒸汽
灭菌系统组装成为完整的动物细胞培养装置 CellCul-20反应器
3 中空纤维管生物反应器
原理：模拟细胞在体内生长的三维状态，利用反应器内中空纤维的布置，提供细胞近似生理条件的体外生长微环境，使细胞不断生长。
优点： ① 占地空间少； ② 细胞产量高，细胞密度可达109数量级； ③ 生产成本低，且细胞培养维持时间长，适用于
\开发新型无血清培养基。
长期分泌的细胞。
4 无泡搅拌反应器
一种装有膜搅拌器的生物反应器，采用多孔的疏水性塑料管装配成通气搅拌桨，具有良好的氧通透性。
由于这类反应器能提供动物细胞生长中所需的容氧要求，产生的剪切力较小，以及在通气中不产生泡沫，避免了在其他反应器中常见的某些弱点，如泡沫等，已广泛用于实验室研究、中试和工业生产。
（1）Spier笼式通气搅拌生物反应器
※特点
¾可以避免在向培养基中通气时气泡直接损伤细胞；
¾在采用微载体系培养时，微载体不会被由于通气所产生的泡沫囊夹在气液界面；
¾通过一个多孔的通气装置在笼内通气以满足培养时溶氧的需要。
（２）CelliGen笼式通气搅拌生物反应器
¾ CelliGen笼式通气搅拌生物反应器是Spier 笼式通气搅拌生物反应器的改进型。
特点：
1. 细胞密度大 2. 产物单位体积浓度高 3. 分离纯化操作经济简便 4. 抗体活性、纯度好
微载体培养系统
培养物的污染及防止
污染途径：
有以下5个污染途径。 1、空气：
空气流动性大，如果培养操作场地于外界隔离不严格或消毒不充分，外界不洁空气很容易进入造成污染。
因此，培养设施不能设在通风场所。无菌操作应在净化台内进行，工作时要带口罩。