生物反应器

动物细胞培养的产物
小儿麻痹症疫苗、狂犬疫苗、风疹疫苗、脑炎疫苗、疱疹疫 苗等
牛病毒性腹泻疫苗、牛痢疾疫苗、犬传染性肝炎疫苗、鸡痘 病疫苗、猪霍乱疫苗、牛疫狂犬疫苗、草鱼出血热疫苗
IgG、IgM、IgA等
β-细胞生长因子、干扰素、白细胞活化因子、血清胸腺因子、 白细胞介素、胸腺素、巨噬细胞毒力因子等
尿激酶、天门冬氨酰胺酶、胶原酶、细胞色素P、450、纤 维蛋白溶酶原激活剂、胃蛋白酶、胰蛋白酶、酷氨酸脱羟酶 等 绒膜促性腺激素、促红细胞生成素、促滤泡激素、生长激素、 促间质细胞激素、促黄体激素等
A 柱状中空纤维反应器
中空纤维细胞反应器主体是由微孔中空纤维管束 制成的，纤维束由外壳包裹，因此可分为壳体空间 及管体空间两部分，每部分各有其进出口。一般讲， 细胞生长在壳体部分，新鲜培养液从壳体部分导人， 气体在管体部分通过，其中一部分则均匀地扩散至 壳体部分。壳体部分的细胞如是附壁性的，则附着 在纤维外侧，在培养结束后用胰蛋白酶消化液将其 消化并冲出：若是非附壁性的应采用微滤材料将其 截留在壳体内而让废培养液排出。
流化床生物反应器的基本原理类似于 营养液
应器示意图
流态床化学反应器，不同的是，流态化的
收获
固体是带有细胞的微粒。培养液通过反应
氧气
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；
回流
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，并在循环系 反应塔
中空纤维反应器示意图
培养基入口
生长的细胞型
分泌的产物
杂交瘤细胞、淋巴细胞、肝癌细胞、结肠癌细胞、胚胎细胞、乳 腺组织细胞、小鼠细胞、大鼠细胞、成纤维细胞、垂体肿瘤细胞、 CHO细胞、BHK-2细胞、肺细胞等
IgG、IgM、IgA、干扰素、激素、尿激酶、蛋白质C、病毒蛋白、 乙型肝炎表面抗原、T抑制因子、促细胞生长素、白细胞介素等
汶川地震，“猪坚强”创造了生命奇迹，三年后，华大基 因让“猪坚强”再次创造生命的奇迹――此次克隆“猪坚强” 是首次采用老龄猪体细胞克隆获得成功
第一节 动物、植物细胞培养器
一.动物细胞培养生物反应器 二.植物细胞反应器 三.酶生物反应器 四.藻类培养反应器
疫苗 人 动物
单克隆抗体 免疫调节剂 酶 激素
B 板框式中空纤维反应器
因柱状中空纤维反应器中营养供应和代谢产物会存 在浓度梯度，所以细胞分布受到影响而不均匀。
人们开发出板框式中空纤维反应器。该反应器的中心 是一束中空纤维浅床，置于两个不锈钢微孔滤板之间。
板框式中空纤维反应器
液营养 中空纤维板
3、流化床生物反应器
生产用CF-IMMOTM流化床生物反
动物细胞培养生物反应器
自70年代以来，用于动物细胞培养的生长反应器有了很大的发展，种类越来越
多，规模也越来越大。根据生物反应器的不同用途，有悬浮培养用、贴壁培养用、
包埋培养用生物反应器等，其种类大致上有塑料增殖器、填充床增殖器、多层板增殖 器、螺旋增殖器、管式螺旋增殖器、陶质矩形通道蜂窝状增殖器、流化床反应器、中 空纤维及其他膜式反应器、桨式搅拌反应器、棒式搅拌反应器、船舶推进桨反应器、 倾斜桨叶搅拌反应器、般帆形搅拌反应器、往复振动锥孔筛板搅拌反应器、笼式通气 搅拌反应器、双层笼式通气搅拌反应器、空气提升式反应器等。
胞高密度培养的常用设备之一, 其特点是结构简单, 操作 方便。
气升式反应器中悬浮微载体培养Vero 细胞, 在加入适 量保护剂、营养供应充足的情况下,细胞可以正常生长至 长满微载体表面, 终密度可达1. 13 ×106 个/ mL 。
2、动物细胞贴壁培养
滚瓶培养：将右图所示 的滚瓶装入培养液并在 接种后，放到一个装置 上，使滚瓶慢慢旋转， 动物细胞就在滚瓶内壁 生长繁殖，到一定时候 将细胞收获。
加热器
气体交换
统中采用膜气体交换器，能快速提供给高
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
中空纤维管生物反应器
培养基出口 空气与CO2入口
细胞
中空纤维管生物反应器如图所示， 它的用途较广，既可培养悬浮生长的细 胞，又可培养贴壁依赖性细胞，细胞的 密度最高可达109/ml数量级。如果控制 系统不受污染，能长期运转。已用这种 反应器培养过的细胞型和生产的分泌产 物如表所示。
空气与CO2出口
1、气升式细胞培养生物反应器
气升式反应器的基本原理如图所 示。气体混合物从底部的喷射管进入 反应器的中央导流管使得中央导流管 侧的液体密度低于外部区域从而形成 循环。气升式生物反应器主要采用内 循环式，但也有采用外循环式。
气升式生物反应器 气升式生物反应器(airlift bioreactor) 也是实现动物细
壁依赖性细胞，这类细胞可以采用与微生物培养类似的方法进行悬浮培养；另一类 是贴壁依赖性细胞，它们需要附着于带适量电荷的固体或半固体表面上生长。
1
大 规
2
模
动 物
3
细
胞
Hale Waihona Puke Baidu
培
养4
工
艺
流 程
5
图
6
8 7
9
10 细胞培养反应器
诱生剂 细胞
细胞
浓缩纯化
提取 纯化
产品（肿瘤抗原）
提取 纯化
产品（干扰素）
产品（单克隆抗体）
中空纤维培养
中空纤维培养
中空纤维培养装置：该装置是由中空纤维管组 成，每根中空纤维管内径为200μm，壁厚为 50~70μm，中空纤维管的管壁是半透性的多孔 膜，氧与二氧化碳等小分子可以自由地透过膜 双向扩散，而大分子的有机物则不能透过。
动物细胞贴附在中空纤维管外壁生长，可很方 便地获取营养物质和溶氧。由于该装置内可装 置成千根的中空纤维管，故其生长表面积与体 积之比可达40余倍，而起溶氧传质速率也比悬 浮培养器高3倍。
微生物和动物细胞培养方法的比较
PH控制 搅拌速度 溶氧控制 培养基灭菌方法 培养时间 对水纯度的要求
微生物细胞
添加酸、碱 速度快、范围广 改变搅拌速度、通气量、进气氧浓度
高温蒸煮 几小时—几天
较低
动物细胞
CO2-HCO3缓冲液 较慢
改变进入气体的氧浓度 过滤
几天—3、4周 很高
与微生物细胞培养类似，动物细胞的体外培养有两种类型：一类是非贴