动物细胞培养生物反应器 ppt课件
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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
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
《动物生物反应器》PPT课件
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10
• 生产抗体。目前市场销售的抗体，因产量 很小，成本高，只能用于诊断。其实，如 果能够大量生产抗体，许多疾病就可以用 抗体治疗。用抗体治疗疾病应当比用抗生 素效果更好，因为可以真正做到对症下药， 而不必担心造成体内微生物失衡或因大量 使用抗生素而产生副作用。
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11
• 生产酶制剂。酶制剂分为两大类，一类是 用大量很大的工业用酶，如淀粉酶，糖化 酶等。工业用酶生产特点是需求量大且纯 度要求不高，很适合使用乳牛生产。另一 类酶是生命科学研究中使用的工具酶，每 克售价均百万元以上。如果用乳房生物反 应器生产，一头年产1000kg奶的乳用山羊， 可以生产足够全国使用的某一种工具酶。
治疗I型糖尿病 治疗爱滋 病 抗炎症 治疗血友病
牛
纤维蛋白原
伤口愈合
牛
胶原蛋白 I, II
牛
乳铁蛋白
牛
人血清白蛋白
组织修复, 治疗风湿性关节炎 治疗肠道感染, 感染性关节炎 维护血液体积
鸡, 牛, 山羊
单克隆抗体
用于疫苗生产
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9
• 生产基因工程疫苗。由于受基因工程载体 的容量限制，目前所生产的基因工程疫苗 都是以一小段病毒外壳蛋白或细菌膜蛋白 作为抗原，其免疫性不如灭活的全病毒或 细菌。如果使用乳房生物反应器，就可以 生产病毒的完整外壳蛋白，或细菌的免疫 决定蛋白质，其效果就会与常规疫苗相同。
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3
动物乳腺生物反应器
• 乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内 循环，因此不会影响到转基因动物本身的 生理代谢反应。
• 从转基因乳汁中获取目的基因产物，不但 产量高、易提纯，而且表达的蛋白经过充 分的修饰加工，具有稳定的生物活性。
《生物反应器》课件
。
新药研发中的应用实例
01
药物筛选
利用生物反应器进行药物筛选， 寻找具有药效的化合物或微生物 。
药物合成
02
03
药物改造
通过生物反应器合成药物，如蛋 白质、多糖等，提高药物的生产 效率和纯度。
利用生物反应器对药物进行改造 ，如蛋白质工程、基因工程等， 提高药物的疗效和安全性。
05
生物反应器的发展趋势与挑战
生产成本
生物反应器的生产成本较高，需要采取有效措施降低成本，提高经济 效益。
人才短缺
生物反应器技术的发展需要大量的专业人才和技术工人，但目前市场 上相关人才短缺，制约了产业的发展。
生物反应器的未来展望
广泛应用
随着生物技术的不断发展和 应用领域的扩大，生物反应 器将在医药、食品、化工等 领域得到更广泛的应用。
生物反应器应能高效地进行生物反应，确保 高转化率和产物浓度。
适应性原则
生物反应器应能适应不同的生物反应需求， 具备灵活性和可扩展性。
稳定性原则
生物反应器应具备稳定的操作性能，保证反 应的连续性和可靠性。
易于维护原则
生物反应器应便于清洁、维修和保养，降低 运营成本。
生物反应器的优化目标
提高转化率
通过优化反应条件和操作参数，提高生物反 应的效率。
THANKS
感谢观看
01
温度
维持适宜的温度，保证微生物的正 常生长和代谢。
溶解氧
维持适宜的溶解氧浓度，以满足微 生物的需氧需求。
03
02
pH值
维持适宜的pH值，保证微生物的正 常生长和代谢。
底物浓度
控制底物浓度，以调节微生物的生 长和产物生成。
04
生物反应器的效率评估
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》课件
用于生产疫苗、生物制药品、研发新型材料等。
结论
动物细胞培养的意义不仅限于学术研究，还在医学和工业领域有着广泛的应用。随着技术的不断进步，动物细 胞培养的未来将更加精确和高效。
《动物细胞培养》PPT课 件
动物细胞培养是一种在实验室中培养和繁殖动物细胞的技术。本课件将介绍 动物细胞培养的简介、工具和材料、细胞的来源、细胞培养的步骤、常见的 细胞培养技术等内容。
简介
动物细胞培养是一种在实验室中使用培养基和合适的条件培养和繁殖动物细 胞的技术。它可以为生物医学研究、药物开发和工业生产提供可靠的细胞模 型。
工具和材料
细胞培养箱
用于提供恒定的温度、湿度 和CO2浓度，以模拟生理环 境。
细胞培养板
用于培养和分离细胞的平底 容器，常用的有培养皿和培 养瓶。
培养基
提供细胞生长所需的营养物 质和生长因子。
无菌枪
用于无菌操作，将细胞和培养基转移到细胞培 养板中。
纯化水
用于制备无菌的培养基和洗涤细胞。
细胞的来源
人体细胞培养
使用人类组织或细胞来源的细胞，如肾细胞、肺细 胞、肝细胞等，用于研究人类疾病和药物筛选。
动物细胞培养
使用其他动物的组织或细胞，如小鼠细胞、猪细胞、 狗细胞等。
细胞培养的步骤
1
细胞的收集和分离
从组织样本中收集细胞，并将其分离为
将分离后的细胞接种在细胞培养
2
单个细胞，以便于培养和繁殖。
板中
将单个细胞或细胞悬液转移到含有培养
基的细胞培养板中。
3
加入培养基和营养物质
提供细胞所需的营养物Байду номын сангаас和生长因子，
以促进细胞的生长和增殖。
细胞的观察和检测
结论
动物细胞培养的意义不仅限于学术研究，还在医学和工业领域有着广泛的应用。随着技术的不断进步，动物细 胞培养的未来将更加精确和高效。
《动物细胞培养》PPT课 件
动物细胞培养是一种在实验室中培养和繁殖动物细胞的技术。本课件将介绍 动物细胞培养的简介、工具和材料、细胞的来源、细胞培养的步骤、常见的 细胞培养技术等内容。
简介
动物细胞培养是一种在实验室中使用培养基和合适的条件培养和繁殖动物细 胞的技术。它可以为生物医学研究、药物开发和工业生产提供可靠的细胞模 型。
工具和材料
细胞培养箱
用于提供恒定的温度、湿度 和CO2浓度，以模拟生理环 境。
细胞培养板
用于培养和分离细胞的平底 容器，常用的有培养皿和培 养瓶。
培养基
提供细胞生长所需的营养物 质和生长因子。
无菌枪
用于无菌操作，将细胞和培养基转移到细胞培 养板中。
纯化水
用于制备无菌的培养基和洗涤细胞。
细胞的来源
人体细胞培养
使用人类组织或细胞来源的细胞，如肾细胞、肺细 胞、肝细胞等，用于研究人类疾病和药物筛选。
动物细胞培养
使用其他动物的组织或细胞，如小鼠细胞、猪细胞、 狗细胞等。
细胞培养的步骤
1
细胞的收集和分离
从组织样本中收集细胞，并将其分离为
将分离后的细胞接种在细胞培养
2
单个细胞，以便于培养和繁殖。
板中
将单个细胞或细胞悬液转移到含有培养
基的细胞培养板中。
3
加入培养基和营养物质
提供细胞所需的营养物Байду номын сангаас和生长因子，
以促进细胞的生长和增殖。
细胞的观察和检测
《动物生物反应器》课件
《动物生物反应器》PPT 课件
动物生物反应器是一种用于细胞培养和蛋白表达的装置，广泛应用于医药研 发、生物制药和基础生物学研究领域。
概述
动物生物反应器是一种用于细胞培养和蛋白表达的装置。
什么是动物生物反应器
动物生物反应器是一种用于细胞培养和蛋白表达的装置，提供了一个模拟人体环境的生物反 应环境。
应用领域
动物生物反应器可用于评价细胞的 生长、增殖和代谢状态，为细胞研 究提供关键数据。
常见问题
在使用动物生物反应器时需要注意一些常见问题。
1 操作注意事项
2 故障排除
使用动物生物反应器时需要注意无菌操作、温度 控制、培养基配制和营养物供应等细节。
遇到反应器故障时，需要检查控制系统、设备连 接和供应物质等方面，进行故障排除。
其他配套设施
动物生物反应器还包括其他配套 设施，如气体供应系统、溶液混 合装置和废液处理系统等。
工艺流程
动物生物反应器的工艺流程包括多个关键步骤。
1
细胞养与传代
2
培养细胞并定期传代，以维持细胞的生长和
扩增。
3
蛋白表达及提取
4
通过培养和收集细胞中产生的蛋白，进行纯 化和提取。
培养基制备
制备适合细胞生长和表达的培养基，包括营 养物、生长因子和抗生素等。
参考资料
以下是一些有关动物生物反应器的参考资料。 • 期刊论文 • 厂家手册 • 相关网站
在设计动物生物反应器时需要考虑的因素包括： 反应器体积、控制系统、环境参数调控、操作便 捷性等。
结构组成
动物生物反应器由多个组成部分构成。
反应器本体
动物生物反应器的本体通常由生 物兼容性材料制成，具有特定的 体积和形状，用于存储和培养细 胞。
动物生物反应器是一种用于细胞培养和蛋白表达的装置，广泛应用于医药研 发、生物制药和基础生物学研究领域。
概述
动物生物反应器是一种用于细胞培养和蛋白表达的装置。
什么是动物生物反应器
动物生物反应器是一种用于细胞培养和蛋白表达的装置，提供了一个模拟人体环境的生物反 应环境。
应用领域
动物生物反应器可用于评价细胞的 生长、增殖和代谢状态，为细胞研 究提供关键数据。
常见问题
在使用动物生物反应器时需要注意一些常见问题。
1 操作注意事项
2 故障排除
使用动物生物反应器时需要注意无菌操作、温度 控制、培养基配制和营养物供应等细节。
遇到反应器故障时，需要检查控制系统、设备连 接和供应物质等方面，进行故障排除。
其他配套设施
动物生物反应器还包括其他配套 设施，如气体供应系统、溶液混 合装置和废液处理系统等。
工艺流程
动物生物反应器的工艺流程包括多个关键步骤。
1
细胞养与传代
2
培养细胞并定期传代，以维持细胞的生长和
扩增。
3
蛋白表达及提取
4
通过培养和收集细胞中产生的蛋白，进行纯 化和提取。
培养基制备
制备适合细胞生长和表达的培养基，包括营 养物、生长因子和抗生素等。
参考资料
以下是一些有关动物生物反应器的参考资料。 • 期刊论文 • 厂家手册 • 相关网站
在设计动物生物反应器时需要考虑的因素包括： 反应器体积、控制系统、环境参数调控、操作便 捷性等。
结构组成
动物生物反应器由多个组成部分构成。
反应器本体
动物生物反应器的本体通常由生 物兼容性材料制成，具有特定的 体积和形状，用于存储和培养细 胞。
动物细胞培养生物反应器及专用微载体PPT课件
第23页/共76页
2、限制细胞生长的因素：
• 动物细胞培养系统能达到的细胞密度较低的 主要原因是培养条件和最优化控制的困难， 包括：
▪ 细胞代谢产物的毒害：乳酸、氨等；
▪ 营养物的耗竭 ▪ 可利用的表面积的限制；
细胞凋亡
▪ 接种的细胞最小密度；
① 解决问题的方法是通过过程调控来实现：灌 注系统、换液、流加等，其中灌注是最好的 方法。同时采用合理的培养系统以增加表面 积并提供最佳的物理化学环境。
第48页/共76页
•
存在二种流加方式：
▪
无反馈控制流加：
▪
反馈控制流加：
① 最常见的流加物质：葡萄糖、谷氨酰胺等能源和碳源
第49页/共76页
三、半连续式操作（反复分批式、换液培养）： • 概念：在分批培养操作的基础上，不全部取出反应系，剩余部分重新补充新的
营养成分，再按分批式操作方式进行培养，反应器内培养液的总体积保持不变。 • 优点：可反复收获培养液，对培养基因工程动物细胞分泌有用产物或病毒培养
和细胞分布均匀，能长期运转
第58页/共76第59页/共76页
第60页/共76页
第61页/共76页
动物细胞反应器的控制
• 溶氧控制：针对动物培养的合适搅拌，加入 少量溶氧量大的不相溶溶济，改变通入气体的氮氧比； • pH控制：采用通入CO2/NaOH缓冲液系统来控制，可避免局部的极端pH出现； • 温度和搅拌转速的控制比较简单
第2页/共76页
动物细胞培养的意义
• 动物细胞培养对生产生物工程产品,特别是功能蛋白质方面具有明显的优势: 1)同源性: • 直接进行翻译后加工,蛋白质可直接折叠成正确的构象 • 翻译后修饰糖基化，与天然产品一致。 2)有利于产品的分离纯化:分泌胞外、纯化方便
2、限制细胞生长的因素：
• 动物细胞培养系统能达到的细胞密度较低的 主要原因是培养条件和最优化控制的困难， 包括：
▪ 细胞代谢产物的毒害：乳酸、氨等；
▪ 营养物的耗竭 ▪ 可利用的表面积的限制；
细胞凋亡
▪ 接种的细胞最小密度；
① 解决问题的方法是通过过程调控来实现：灌 注系统、换液、流加等，其中灌注是最好的 方法。同时采用合理的培养系统以增加表面 积并提供最佳的物理化学环境。
第48页/共76页
•
存在二种流加方式：
▪
无反馈控制流加：
▪
反馈控制流加：
① 最常见的流加物质：葡萄糖、谷氨酰胺等能源和碳源
第49页/共76页
三、半连续式操作（反复分批式、换液培养）： • 概念：在分批培养操作的基础上，不全部取出反应系，剩余部分重新补充新的
营养成分，再按分批式操作方式进行培养，反应器内培养液的总体积保持不变。 • 优点：可反复收获培养液，对培养基因工程动物细胞分泌有用产物或病毒培养
和细胞分布均匀，能长期运转
第58页/共76第59页/共76页
第60页/共76页
第61页/共76页
动物细胞反应器的控制
• 溶氧控制：针对动物培养的合适搅拌，加入 少量溶氧量大的不相溶溶济，改变通入气体的氮氧比； • pH控制：采用通入CO2/NaOH缓冲液系统来控制，可避免局部的极端pH出现； • 温度和搅拌转速的控制比较简单
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动物细胞培养的意义
• 动物细胞培养对生产生物工程产品,特别是功能蛋白质方面具有明显的优势: 1)同源性: • 直接进行翻译后加工,蛋白质可直接折叠成正确的构象 • 翻译后修饰糖基化，与天然产品一致。 2)有利于产品的分离纯化:分泌胞外、纯化方便
《动物体细胞培养》课件
基因编辑与转基因技术
动物体细胞培养可用于基因编辑和转 基因技术的操作，实现基因的敲除、 敲入和转录调控等。
干细胞研究
动物体细胞培养可用于干细胞的研究 ，包括胚胎干细胞和成体干细胞的分 离、扩增和诱导分化等。
动物体细胞培养的历史与发展
历史回顾
动物体细胞培养技术自20世纪50年代发展至今，经历了从简 单培养到复杂培养的过程，技术手段不断改进和完善。
特点
可以获得具有高度相似性和稳定性的 细胞系，用于药物筛选和疾病模型建 立等。
04
动物体细胞培养的挑战与解
决方案
细胞污染问题
总结词
细胞污染是动物体细胞培养中常见的问 题，它会影响实验结果和细胞的健康状 况。
VS
详细描述
细胞污染通常由微生物、支原体、其他细 胞等引起。为了解决这一问题，需要在实 验过程中严格控制环境卫生，定期进行消 毒和检查，以及使用高质量的试剂和耗材 。
动物体细胞培养在生物工程领域的应用前景
总结词
动物体细胞培养在生物工程领域的应用前景 广阔，有助于推动畜牧业、生物制药和生物 材料等领域的发展。
详细描述
通过动物体细胞培养技术，可以生产出具有 特定功能的生物材料和药物，如生长因子、 抗体等。同时，在畜牧业中，动物体细胞培 养技术的应用将有助于提高动物产量和品质 ，降低生产成本。此外，动物体细胞培养还 可以用于基因编辑和基因治疗等领域的研究
发展趋势
随着生物技术的不断发展，动物体细胞培养将朝着更加高效 、安全和可控的方向发展，同时与其他技术的结合将为科学 研究提供更多可能性。
02
动物体细胞培养的基本原理
细胞周期与细胞分裂
细胞周期
描述细胞从一次分裂完成开始， 到下一次分裂完成所经历的全过 程。
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。
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。
动物细胞大规模培养和专用生物反应器PPT课件
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。
第19页/共78页
贴壁培养细 胞转瓶机
特点:
操作简单，培养周期短，染菌和细胞突变的风险小 直观反映细胞生长代谢的过程。 可直接放大。
第39页/共78页
• 细胞的生长分：延滞期、对数生长期、减速期、平稳期和衰退期五个阶段。 • 分批培养的周期多在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，由于营养物质耗竭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ห้องสมุดไป่ตู้物通常是在细胞 快要死亡前或已经死亡后进行。
第29页/共78页
三、固定化培养（immobilization culture）：
将动物细胞与水不溶性载体结合起来，再进行培养。上述两大类细胞都 适用，具有细胞生长密度高，抗剪切力和抗污染能力强等优点，细胞易与产 物分开，有利于产物分离纯化。制备方法很多，包括吸附法、共价贴附法、 离子/共价交联法、包埋法、微囊法等。
• 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。
第4页/共78页
• 随着生物技术的发展，迫切需要大规模的细 胞培养，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。
（attachment by covalent bonding）。此法可减少细胞的泄漏，但须引入 化学试剂，对细胞活性有影响，且因贴附而导致扩散限制小，细胞得不到保护。
动物细胞培养PPT医学课件
是糖原合成中的关键酶，受G-6-P等多种因素调控。葡萄
糖合成糖原是耗能的过程，合成1分子糖原需要消耗2个ATP。
肝脏存在葡萄糖-6-磷
酸酶，可使肝糖原分解成葡萄糖补充血糖。
肌肉组织无葡萄糖-6-磷酸酶，不能直接
分解成葡萄糖，肌糖原分解产能可供肌肉收缩需要。
动物细胞培养
1.动物细胞培养的发展史 2.动物细胞的特征 3.培养基 4.动物细胞的获得与保存 5.动物细胞培养方法 6.动物细胞培养生物反应器 7.动物细胞培养过程参数的控制与检测
编辑版ppt
1
动物细胞培养的发展史
1、动物细胞培养技术的建立 1907年，Harrison首先培养了蛙胚神经管区细胞，
并观察到从中长出的轴突细胞（神经纤维），他 的工作被认为是动物细胞培养开始的标志；
1911年，Carrel发现了鸡胚浸出液对于培养细胞 的生长促进作用，并首次把无菌技术引入组织培 养技术中。
1914年，Thomson建立了器官培养技术。 1940年，1951年，Earle和Gay分别建立了c3H小 鼠结缔组织细胞系的L系和人体细胞系－人体宫颈 癌Hela细胞系。
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动物细胞的特征
• 1.结构特征
与微生物相比，动物细胞体积较大，对环境因素敏感，营养需求高，倍 增时间长，没有细胞壁但对损伤更敏感。
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动物细胞的特征
• 细胞膜
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动物细胞的特征
• 2.动物细胞的代谢特征
• 在葡萄其糖培的代养谢过途径程中，葡萄糖和谷氨酸为主要
营在比人如养体有物内氧，氧质葡化，萄、糖磷乳代 酸酸谢 戊除 糖和了 途无 径氨、氧是糖酵原解主的途要合径成以的与外分还代解有谢途很径多副、其产糖他异方物生式、，
糖合成糖原是耗能的过程，合成1分子糖原需要消耗2个ATP。
肝脏存在葡萄糖-6-磷
酸酶，可使肝糖原分解成葡萄糖补充血糖。
肌肉组织无葡萄糖-6-磷酸酶，不能直接
分解成葡萄糖，肌糖原分解产能可供肌肉收缩需要。
动物细胞培养
1.动物细胞培养的发展史 2.动物细胞的特征 3.培养基 4.动物细胞的获得与保存 5.动物细胞培养方法 6.动物细胞培养生物反应器 7.动物细胞培养过程参数的控制与检测
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动物细胞培养的发展史
1、动物细胞培养技术的建立 1907年，Harrison首先培养了蛙胚神经管区细胞，
并观察到从中长出的轴突细胞（神经纤维），他 的工作被认为是动物细胞培养开始的标志；
1911年，Carrel发现了鸡胚浸出液对于培养细胞 的生长促进作用，并首次把无菌技术引入组织培 养技术中。
1914年，Thomson建立了器官培养技术。 1940年，1951年，Earle和Gay分别建立了c3H小 鼠结缔组织细胞系的L系和人体细胞系－人体宫颈 癌Hela细胞系。
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动物细胞的特征
• 1.结构特征
与微生物相比，动物细胞体积较大，对环境因素敏感，营养需求高，倍 增时间长，没有细胞壁但对损伤更敏感。
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动物细胞的特征
• 细胞膜
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动物细胞的特征
• 2.动物细胞的代谢特征
• 在葡萄其糖培的代养谢过途径程中，葡萄糖和谷氨酸为主要
营在比人如养体有物内氧，氧质葡化，萄、糖磷乳代 酸酸谢 戊除 糖和了 途无 径氨、氧是糖酵原解主的途要合径成以的与外分还代解有谢途很径多副、其产糖他异方物生式、，
动物细胞培养反应器PPT课件
动物细胞培养反应器
• 中空纤维细胞培养反应器
第17页，共24页。
动物细胞培养反应器
• 中空纤维细胞培养反应器 优点：
① 培养体积小，细胞高密度生长；
② 有浓缩产品的功能； ③ 产物纯度高；
④ 自动化程度高，细胞生长周期长。
缺点：
中空纤维价格昂贵，生产成本高。
第18页，共24页。
动物细胞培养反应器
第7页，共24页。
细胞培养的操作方式
无论是贴壁细胞还是悬浮细胞，深层培养的操作方式可分 分批式、流加式、半连续式、连续式和灌注式。
• 分批式操作
操作简单、是最常用的操作方式。分批式培养过程中，细胞的生长 可分为延迟期、对数生长期、减速期、平稳期和衰退期
分批式培养细胞生长曲线
第8页，共24页。
细胞培养的操作方式
2. 动物细胞较微生物大得多，无细胞壁，机械强度低，适应环境能 力差；
3. 培养过程需氧量少，且不耐受强力通风与搅拌；
4. 在机体中，细胞相互粘连以集群形式存在；
5. 培养过程产物分布于细胞内外，成本高，产品价格昂贵； 6. 大规模培养时，不可套用微生物反应的经验；
7. 原代培养细胞一般繁殖50代即退化死亡。
• 微载体细胞培养反应器
第22页，共24页。
动物细胞培养反应器
• 微载体细胞培养反应器
第23页，共24页。
动物细胞培养反应器
• 微载体细胞培养反应器
微载体系统培养动物细胞的优点：
⑴比表面积大，单位体积培养培养基细胞产率高; ⑵微载体悬浮于培养基中，细胞生长环境均一，简化了这些环境因素 的检测和控制;
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• 它是借搅拌涡轮输入混合以及相际传质所需要的功率。这 种反应器的适应性最强，从牛顿型流体直到非牛顿型的丝 状菌发酵液，都能根据实际情况和需要，为之提供较高的 传质速率和必要的混合速度。
• 缺点是机械搅拌器的驱动功率较高，一般2~4kw/m3， 这对大型的反应器来说是个巨大负担。
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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
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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 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。
生物反应器（Bioreactor）
• 定义：是人们对生物有机体进行有控制的 培养以生产某种产品或进行特定的反应的 容器。
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生物反应器是发酵工程中最重要的设备之一
原料
原料制备 预处理
空气
能量 灭菌
过程控制
生物 反应器
能量 产品回收
产物
空压机 除菌
热量
废物
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• 20世纪80年代
• 生物反应器在专业期刊和书籍中大量出现，成为 一个标准名称
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轴向式搅拌器
螺旋桨式
桨叶式
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轴向式搅拌器特点
• 结构简单 • 制造方便 • 整体混合效果较好 • 搅拌功率小 • 剪切力小 • 适用于低粘流体的搅拌
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径向式（涡轮式）搅拌器
平直叶 弯叶 箭叶
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径向式搅拌器特点
• 功耗较大 • 局部混合效果较好 • 剪切力较大 • 适用于低粘度至高粘度流体的搅拌
• 消泡装置可分为两类：一类置于罐内，目的是防止泡沫外 溢，它是在搅拌轴或灌顶另外引入的轴（致搅拌轴由罐底 深入时）上装上消泡浆；另一类置于罐外，目的是从排出 的气体中分离出溢出的泡沫使之破碎后再将液体部分返回 罐内。
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通气系统
• 通气装置是指将无菌空气导入罐内的装置。最简单的通 气装置是一单孔管，单孔管的出口位于最下面的搅拌器 的正下方，开口向下，以免培养液中固体物质在开口处 堆积。管口与罐底的距离约为40mm。
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• ① 单管
• ② 环形管 • dI = 0.8Di • dI —环径 Di—浆叶直径
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二 气升式生物反应器 (airlift bioreactor)
气升式生物反应器是应用较广泛的一类无机械搅拌的生物反 应器。气升式生物反应器是在鼓泡塔反应器的基础上发展 起来的，它是利用空气的喷射功能和流体重度差造成反应 液循环流动，来实现液体的搅拌、混合和氧传递。
高，但它需占用反应器空间，并给反应器清洗 和灭菌增加了难度。
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消泡系统
• 发酵过程中由于发酵液中含有大量的蛋白质，故在强烈的 通气搅拌下会产生大量的泡沫，严重时，将导致发酵液外 溢，增加染菌机会。在通气发酵生产中有两种消泡方法， 一是加入消泡剂，二是使用机械消泡装置。通常，是两种 方法联合使用。
• 第二种形式是开口向下的多孔环形管。环的直径约为搅 拌器直径的0.8倍。小孔直径约5~8mm，孔的总面积 约等于通风管的截面积。在通气量较小的情况下，气泡 的直径与空气喷口直径有关。喷口直径越小，气泡直径 越小，氧的传质系数越大。但在发酵过程中通气量较大 ，气泡直径仅与通气量有关而与通气出口直径无关。又 由于在强烈的机械搅拌的条件下，多孔分布器对氧的传 递效果并不比单孔管好，相反，还会造成不必要的压力 损失，且易使物料堵塞小孔，故已很少采用。
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结构
• 机械搅拌反应器的基本结构包括：筒体，机械搅 拌系统（搅拌器、挡板、轴封、联轴器及中间轴 承等），通气系统（空气分散装置），温控系统 （换热装置），消泡系统、pH控制系统等，并在 筒体的适当位置设置排气、取样、接种、进出料 口以及入孔和视镜等部件。
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• 反应器的结构
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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
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1 搅拌器
• 搅拌器的作用是混合和传质，使空气与溶液均 匀接触，使氧溶解于发酵液中。
• 搅拌器有轴向式（桨叶式、螺旋桨式）和径向 式（平直叶式、弯叶式、箭叶式）两种。
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2 挡板
• 挡板的作用是改变液流的方向，由径向流改为 轴向流，促使液体剧烈翻动，增加溶解氧。
• 通常，挡板宽度取(0.1~0.2)D（罐体直径） ，装设4~ 6块即可满足全挡板条件；挡板高 度应设计为自罐底到液面高度为止。
• 全挡板条件：是指在一定转数下再增加罐内挡 板数量而轴功率仍保持不变。
气升式生物反应器结构简单，没有其他生物反应器具有的如 有较多泄漏点和死角等等缺点，故早在20世纪70年代开 始，植物细胞发酵培养就已经较多地采用气升式生物反应 器。
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单端面机械密封
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双端面机械密封
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温控系统
• 小型的反应器多采用外部夹套作为冷却或加热 的换热装置。其优点是结构简单、加工容易、 反应器内无冷却装置、死角少、容易进行清洗 和灭菌工作；缺点是传热壁较厚、冷却水流速 低、降温效果差。
• 大型的反应器则多采用反应器内装有蛇形管换 热装置，优点是管内冷却水流速大、传热效率
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3 轴封
• 轴封的作用是使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以 密封，防止泄漏和污染杂菌。
• 常用的轴封有填料函和端面机械轴封两种。
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填料函式轴封
• 填料函式轴封是由填料 箱体，填料底衬套，填 料压盖和压紧螺栓等零 件构成，使旋转轴达到 密封的效果。
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端面式轴封
• 又称机械轴封，可分为单端面机械密封和双端面 机械密封。密封作用是靠弹性元件（弹簧、波纹 管等）的压力使垂直于轴线的动环和静环光滑表 面紧密地相互贴合，并作相对转动而达到密封。