生物反应器细胞培养
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。
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。
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。
细胞培养反应器的几种操作模式
细胞培养反应器的几种操作模式
细胞培养反应器的操作模式主要分为以下五种：
分批式操作（Batch Culture）：这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。
流加式操作（Fed-Batch）：这种方式在分批式操作的基础上，定时向生物反应器中添加新鲜培养基，同时取出部分旧的培养基，以保持反应器内培养基的总体积不变。
这样可以提供细胞生长所需的营养物质，同时避免代谢产物的积累对细胞生长产生抑制作用。
半连续式操作（Semi-Continuous）：在半连续式操作中，细胞在生物反应器中连续培养，同时定期取出部分细胞和培养基，然后添加新鲜的培养基。
这种方式可以保持细胞密度和代谢产物的稳定，同时避免细胞过度生长和代谢产物的积累。
连续式操作（Continuous）：在连续式操作中，细胞在生物反应器中连续培养，同时以相同的速率添加新鲜培养基和取出含有细胞的培养基。
这种方式可以维持细胞密度和代谢产物的恒定，但需要精确控制培养基的流速和细胞生长速率。
灌流式操作（Perfusion Culture）：灌流式操作是将细胞和培养基一起加入反应器后，在细胞增长和产物形成过程中，不断地将部分条件培养基取出，同时又连续不断地灌注新的培养基。
这种方式可以保持细
胞在最佳的生长条件下，同时避免代谢产物的积累。
生物反应器试题库及答案
生物反应器试题库及答案一、选择题1. 生物反应器中，细胞培养的目的是（）。
A. 提取细胞B. 生产代谢产物C. 获得细胞产物D. 所有上述选项答案：D2. 生物反应器中，细胞悬浮培养的主要优点是（）。
A. 易于放大B. 易于控制C. 易于操作D. 所有上述选项答案：D3. 在生物反应器中，细胞培养基的组成通常包括（）。
A. 碳源B. 氮源C. 无机盐D. 所有上述选项答案：D4. 生物反应器中，细胞生长的控制因素不包括（）。
A. 温度B. pH值C. 氧气供应D. 重力答案：D5. 生物反应器中，细胞代谢产物的分离和纯化不包括以下哪一项（）。
A. 细胞破碎B. 代谢产物提取C. 代谢产物纯化D. 细胞培养答案：D二、填空题1. 生物反应器是利用______作为生物催化剂，进行______生产的一种装置。
答案：生物体、生物制品2. 生物反应器的设计需要考虑的因素包括______、______、______、______等。
答案：温度、pH值、氧气供应、营养物质供应3. 在生物反应器中，细胞生长的控制可以通过调节______、______、______等参数来实现。
答案：温度、pH值、氧气供应4. 生物反应器中，细胞培养基的类型包括______、______、______等。
答案：合成培养基、天然培养基、半合成培养基5. 生物反应器中，细胞代谢产物的分离和纯化过程包括______、______、______等步骤。
答案：细胞破碎、代谢产物提取、代谢产物纯化三、简答题1. 简述生物反应器在生物技术中的重要性。
答案：生物反应器是生物技术中的核心设备之一，它提供了一个可控的环境，用于细胞的生长和代谢产物的生产。
通过精确控制反应器内的条件，可以优化细胞的生长速率和代谢产物的产量，从而提高生产效率和降低成本。
此外，生物反应器还可以用于研究细胞的生理和代谢特性，为生物技术的发展提供理论基础。
2. 描述生物反应器中细胞悬浮培养的主要特点。
细胞生物反应器操作规程
细胞生物反应器操作规程
《细胞生物反应器操作规程》
一、操作前准备
1. 确保细胞生物反应器的清洁和消毒，使用无菌工具进行操作。
2. 准备好所需的培养基和细胞培养物，确保培养基无菌。
二、启动细胞生物反应器
1. 打开细胞生物反应器的电源并进行系统自检，确保设备正常工作。
2. 设置合适的温度、湿度和通气参数，逐步提高气体流速以保持适当的搅拌和氧气供应。
三、接种细胞
1. 将预先培养好的细胞悬液加入到生物反应器中，根据需要调整培养基的体积和浓度。
2. 确保细胞在生物反应器中均匀分布，并避免细胞聚集和沉积。
四、细胞培养
1. 监测细胞生长情况和代谢产物的积累，根据需要调整培养基的成分和供给量。
2. 定期取样检测细胞培养物的质量，确保细胞状态良好并避免细菌和真菌的污染。
五、收获细胞产物
1. 根据培养物中细胞数量和产物浓度的变化，判断是否进行细胞产物的收获。
2. 使用无菌操作取出细胞产物并进行后续处理，如纯化、浓缩或储存。
六、关闭细胞生物反应器
1. 关闭细胞生物反应器的电源并进行系统清洁和消毒，确保设备处于干净的状态。
2. 将相关记录整理并存档，包括操作日志、质量检测结果和细胞产物的收获情况。
以上就是《细胞生物反应器操作规程》，请严格按照规程操作，以确保细胞生物反应器的正常运行和细胞培养的成功。
细胞工程核心技术
细胞工程核心技术细胞工程是一门涉及生物学、工程学和医学的跨学科领域，旨在利用细胞和组织工程技术来改善生物体的生理功能或治疗疾病。
在细胞工程领域，有一些核心技术是至关重要的，本文将重点介绍这些核心技术及其在细胞工程中的应用。
1. 细胞培养技术细胞培养是细胞工程的基础，通过培养细胞，可以获取大量的细胞用于后续实验和应用。
细胞培养技术包括细胞的分离、培养基的选择和细胞培养条件的控制等。
细胞培养技术的发展使得研究人员能够更好地了解细胞的生理特性和反应，为细胞工程的研究和应用提供了基础。
2. 细胞生物反应器技术细胞生物反应器是用于细胞培养的设备，它能够提供合适的环境和条件，使细胞在其中能够生长和繁殖。
细胞生物反应器技术的发展使得细胞的培养能够更好地满足工程需求，如产生更多的细胞或细胞组织工程。
3. 基因工程技术基因工程技术在细胞工程中起着重要的作用。
通过基因工程技术，研究人员能够改变细胞的基因组，实现细胞的功能改造和治疗疾病。
常用的基因工程技术包括基因转染、基因敲除、基因编辑和基因调控等。
基因工程技术的进步为细胞工程的研究和应用提供了更多的可能性。
4. 细胞材料技术细胞工程需要适合细胞生长和繁殖的材料。
细胞材料技术的发展使得研究人员能够设计和合成具有特定性质和功能的材料，如支架材料、生物降解材料和生物材料表面改性等。
细胞材料技术的应用可以促进细胞工程的进展和细胞治疗的实现。
5. 细胞分化和再生技术细胞分化和再生技术是细胞工程的核心内容之一。
通过细胞分化和再生技术，研究人员能够将多能干细胞分化为特定类型的细胞，如心肌细胞、神经细胞和肝细胞等。
这种技术的应用有助于组织工程和细胞治疗的发展，为疾病治疗和组织再生提供了新的途径。
细胞工程的核心技术是细胞培养技术、细胞生物反应器技术、基因工程技术、细胞材料技术和细胞分化和再生技术。
这些技术的不断发展和应用推动了细胞工程的进步，为生物医学和生物工程领域的发展提供了重要的支持。
细胞生物反应器操作规程
细胞生物反应器操作规程1. 引言细胞生物反应器是一种用于细胞培养和生物反应的设备，广泛应用于生物技术、药物研发和生物制造等领域。
为了确保细胞生物反应器的安全运行和实验的顺利进行，制定本操作规程，指导操作人员正确操作细胞生物反应器。
2. 设备准备2.1 细胞生物反应器的准备•检查细胞生物反应器的外观，确保无损坏和杂质•清洗细胞生物反应器，使用无菌纯水和无菌洗涤剂进行彻底清洗•消毒细胞生物反应器，使用适当浓度的消毒液，按照消毒液说明书进行消毒2.2 培养基和试剂的准备•准备所需的培养基和试剂，确保其质量合格和纯度符合要求•按照配方和操作规程正确配置培养基和试剂2.3 实验室环境的准备•检查实验室环境，确保无尘、无菌和温度、湿度适宜•细胞生物反应器与其他实验仪器保持适当的距离，避免相互影响3. 细胞生物反应器操作3.1 细胞接种•准备合适的细胞培养物，确保其活性和纯度•将细胞培养物转移到培养基中，按照所需的细胞密度进行接种3.2 培养条件的设置•根据实验要求，设置适宜的温度、气体和培养基流速等培养条件•确保细胞生物反应器的搅拌速度和通气速度符合要求3.3 监测细胞生长和反应过程•定期监测细胞生长情况，记录生长曲线和细胞密度•注意观察细胞状态、代谢产物和废料的积累情况3.4 维持培养条件•定期检查和调整培养基和试剂的浓度和配比•确保培养基的pH值、温度和氧气浓度稳定在适宜范围内3.5 细胞收获和处理•在适当的时间点，根据实验要求采集细胞样品•使用无菌工具和操作方式，将细胞样品抽取或离心收集4. 维护和清洁4.1 细胞生物反应器的维护•定期检查细胞生物反应器的运行状况，确保无故障和损坏•按照使用说明书和操作要求更换消耗品和零配件4.2 细胞生物反应器的清洁•实验结束后，立即清洗细胞生物反应器，避免污垢和细胞残留物的附着•使用适当的清洗剂和工具进行清洁，保持反应器的干净和无菌状态5. 安全注意事项•操作前请佩戴个人防护装备，如实验手套、口罩和防护眼镜等•操作过程中注意细胞生物反应器和培养基的无菌操作，避免污染•注意消毒液和试剂的正确使用和储存，避免危险和污染•遵守实验室操作规程，注意使用细胞生物反应器时的安全操作6. 总结本操作规程对细胞生物反应器的操作流程和注意事项进行了详细介绍，目的在于规范操作流程，确保实验的顺利进行和实验结果的可靠性。
生物反应器中的细胞培养与调控技术
生物反应器中的细胞培养与调控技术生物制药是一种类似于化学制药的制药方法，其中生物反应器被用于培养和生产生物制品，如药物和生物制剂。
生物反应器是一种专门用于细胞培养的装置，能够允许细胞在特定的条件下进行生长、增殖、表达和分泌目标蛋白，具有重要的医疗和工业应用。
生物反应器中的细胞培养是制药工业的核心技术，其研究涉及工程、生物学、化学等多个学科。
传统上，生物反应器主要是以静态方式进行培养，即培养基加入后不进行搅拌或充氧。
随着科学技术的发展和进步，自动化、微流控和立体打印等技术的引入，生物反应器在细胞培养和调控方面取得了非常重大的进展。
1.细胞培养技术（1）动态培养动态培养是一种常用的细胞培养方法，它可以通过控制搅拌速度，来保证培养的均一性与氧气的供给。
在动态培养中，动态增殖的并不是整个细胞，而是一部分活跃的细胞。
通过合适的搅拌速度、合适的密度以及合适的补充物质，可以达到最大的培养效果。
（2）静态培养静态培养是一种不使用机械搅拌的培养方法，主要是通过培养皿中的气体交换来保持细胞活性和生长。
这种方法主要适用于生长速度不是很快的细胞，比如一些CNS细胞、成肌细胞等。
2.细胞调控技术（1）pH调控技术pH是一种重要的运动讯息，它可以通过调节酸碱度，控制生物反应器中细胞的生长、分裂、分泌速率等过程。
一般情况下，细胞培养保持在一个合适的pH值范围内，可以保证其生长速度和代谢活性。
（2）氧气供给技术生物反应器中的细胞养殖需要大量的氧气供给，一般要保持在8-10毫摩尔每升（mmol/L）的水平，否则会影响细胞生长和生产力。
现在一般会采用自动调节系统来实时监测氧气供给量，并对水平进行调整，保证细胞的最佳生长状况。
（3）营养物质供应技术细胞在生物反应器中的生长、分裂、分泌等都需要一定的营养物质支撑，一般情况下，这些营养物质都会在培养基中添加。
目前，一些高科技手段如微流控技术、编程控制等，使得营养物质的供应可以精准地调整，不仅可以更好地促进细胞生长，还可以实现定量分析和研究。
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。
关于细胞培养生物反应器GMP功能的浅析
关于细胞培养生物反应器GMP功能的浅析摘要：GMP，英文全称：GOOD MANUFACTURING PRACTICE，其中文意思是“药品生产质量管理规范”或“良好作业规范”。
它是用于制药，食品和其他行业中较为普遍的强制性标准。
本标准要求相关企业控制原材料质量，公司原有工作，设施设备，包装运输等。
在标准的要求下，可以形成一个系统有利于改善企业环境，及时发现生产过程中的问题[1]。
在制药企业中，制药设备是制药过程中必不可少的生产设备，制药设备GMP功能是制药生产过程中的控制和管理功能，因此，本文对这个论题的论述有着十分重要的现实意义。
关键词：细胞培养；生物反应器；GMP功能细胞培养主要是指体外条件下细胞的培养技术，即在无菌条件下，模拟体内生长环境继续在体外生长和增殖[2]。
细胞培养生物反应器用于生物制药领域，例如蛋白质表达，基因工程和疫苗生产。
细胞培养生物反应器是生物制药设备上游动物细胞体外培养的关键装置，为细胞提供合适的生长环境。
它迅速增殖并形成所需的生物组织制剂。
本文将从五个方面简要介绍细胞培养生物反应器的GMP功能，即：无菌，清洁，在线监测和控制，安全保护和文件验证，系统设计和相关结构的分析总结如下。
1、无菌无菌一方面指培养环境的无菌化，另一方面是对设备的材料选用及表面处理，它应符合GMP，ASME-BPE等要求，以及设计结构的卫生要求。
1.1培养环境的无菌化细胞培养是模拟体内环境进行体外培养，对培养环境要求非常苛刻，需要承载细胞的主体可以长期保持无菌环境。
细胞培养生物反应器采用蒸汽灭菌法对罐体进行灭菌，蒸汽经夹套加热罐内纯化水或注射用水，利用罐内产生的二次蒸汽对反应器的配件包括阀门、过滤器进行灭菌，在121℃高温高压维持30分钟，实现反应器的无菌环境。
（高压蒸汽灭菌通过高温高压灭菌进行，可杀灭细菌，真菌等微生物，同时它还对孢子和孢子具有杀伤作用。
）1.2设备材料的选用及表面处理设备材料选用应符合“易于清洁或消毒，耐腐蚀，化学变化或药物吸附”[3]原理，根据这一原理，选择动物细胞培养生物反应器罐体材料，接触培养液部分由SUS316L不锈钢制成，非接触培养液部分由 SUS304不锈钢制成。
细胞生物反应器操作规程
细胞生物反应器操作规程细胞生物反应器是一种用于培养和处理生物细胞的装置，广泛应用于生物技术、生命科学研究和制药工业等领域。
为了确保细胞生物反应器的正常操作，保证生物细胞培养的效果和安全性，以下是细胞生物反应器的操作规程。
一、实验室安全操作规程1. 操作前需穿戴好实验室防护服、手套和眼镜等个人防护装备。
2. 在操作台上进行实验，不得在其他地方随意操作。
3. 在检查和调整反应器设备时，应先切断所有电源，确保安全。
二、细胞培养液准备规程1. 根据实验需求，准确称量所需的培养液成分，遵循实验方案和操作指南。
2. 配制培养液时，要保证操作台和用具的清洁卫生。
3. 每次配制好的培养液应经过无菌过滤，确保没有细菌污染。
三、细胞接种规程1. 细胞接种前，应进行细胞计数，确保接种的细胞数量准确。
2. 每次接种前，需要对反应器进行有效的清洁和消毒处理。
3. 细胞接种时，应注意避免产生气泡，以免对细胞产生不利影响。
四、细胞培养过程操作规程1. 细胞培养过程中，需对反应器进行轻微摇动或搅拌，以保证培养液的充分混合。
2. 细胞培养过程中的温度、pH、氧气和二氧化碳浓度等参数应根据实验要求进行定时监测和调整。
3. 细胞培养过程中，需定时取样，以检测细胞生长和产品表达情况。
五、细胞收获规程1. 细胞生长到一定程度后，可以进行细胞的收获。
2. 细胞收获前，应先停止对细胞的培养液供给，以避免细胞过度刺激。
3. 细胞收获时，需将细胞分离出来，去除无关物质。
六、细胞生物反应器设备清洁规程1. 每次使用后，对细胞生物反应器和相关设备进行彻底的清洁和消毒处理，避免细菌残留。
2. 清洗细胞生物反应器时，应用中性清洁剂和适当的温度，避免损坏设备。
七、细胞生物反应器设备维护规程1. 定期对细胞生物反应器设备进行维护和保养，保证设备稳定运行。
2. 定期检查设备的电源和相关管路，确保设备的正常工作。
细胞生物反应器的操作规程涉及到安全操作、细胞培养液准备、细胞接种、细胞培养过程操作、细胞收获、设备清洁和设备维护等方面。
生物领域中的细胞培养和生物反应器技术
生物领域中的细胞培养和生物反应器技术细胞培养和生物反应器技术是现代生物领域中的两个重要分支，对医学、生物制药等领域都有着重要的应用价值。
一、细胞培养技术细胞培养是指将体外分离的细胞培育在人工培养基中，以模拟体内环境，并通过对细胞培养条件的调节来控制细胞的生长，分化和功能表达等生物学过程。
细胞培养技术的发展可以追溯到上世纪50年代，随着细胞培养技术的不断发展，其已成为现代生命科学的基本工具。
细胞培养技术在医学领域中有着重要的应用。
通过细胞培养，可以研究细胞的生化代谢，细胞周期，信号传导和细胞发育等过程。
同时，细胞培养技术也为疾病的研究和治疗提供了基础。
例如，肝炎病毒只能在人体肝脏细胞中生长繁殖，通过细胞培养技术，可以模拟体内环境研究肝炎病毒的生物学特性，为肝炎的治疗提供科学依据。
细胞培养技术在生物制药领域中也有着广泛的应用。
生物药品通常是在真核细胞中表达和制备的，因此，细胞培养技术是生物制药的核心技术之一。
例如，单克隆抗体是生物制药中的重要类别，其生产过程中需要经过细胞培养、细胞经过特定条件刺激和选择后才能获得。
细胞培养技术的发展为生物制药的生产提供了可靠的技术支持。
二、生物反应器技术生物反应器技术是一种利用人工培养环境和工程技术手段来进行生物反应过程的技术。
传统的生产方式主要是通过自然发酵或者从活的生物体中提取的方式进行生物制品的制备，这种方式制约了产品的规模化和生产效率。
生物反应器技术的出现为生物制品的大规模生产提供了可能。
与细胞培养技术类似，生物反应器技术的发展也具有重要的应用价值。
生物反应器可以以更高效的方式进行生物大分子的生产和制备，例如各种药物、化妆品和工业用酶等的生产。
在医学领域中，生物反应器技术被广泛应用于组织工程和再生医学领域。
通过生物反应器，可以培养人工合成的组织或器官，并用于临床治疗。
生物反应器的发展也对环境保护和可持续发展产生着深远的影响。
在传统的生产方式中，由于产品产生量小，生产过程需要大量的能源和原材料消耗，同时产生大量的废弃物。
植物细胞培养的生物反应器
• 1、机械搅拌式生物反应器 • 2、鼓泡塔生物反应器 • 3、气升式生物反应器 • 4、转鼓式生物反应器 • 5、固定化细胞生物反应器 • 6、各种生物反应器性能比较
• 植物细胞的发酵培养借鉴了微生物发酵的经验， 但植物细胞和微生物相比存在着很多差异：植物 细胞的直径为10m-100m，比细菌和真菌细 胞大10-100倍；植物细胞的纤维素壁具有较差 的抗剪切能力；植物细胞的呼吸率低，对氧的需 求也低。此外，植物细胞培养生物反应器的设计 与各类植物细胞的不同生理特征和代谢方式有关， 同时也与培养方式相联系。
• 反应器的选择取决于生产细胞的密度、通气量以 及所提供的营养成分的分散程度。
• 根据通气和搅拌系统的类型可将生物反应器分为 以下几类： ①摇瓶 ②搅拌型生物反应器 ③环流生物反应器和鼓泡塔生物反应器
• 提高植物细胞生产率需要： （1）增加细胞浓度 （2）高活力细胞 （3）适度剪切和混合
1、机械搅拌式生物反应器
4、转鼓式生物反应器
优点：转动促进氧及营养物的混合。 设置挡板有助于提高氧传递。
缺点：难以大规模操作，放大困难。
5、固定化细胞生物反应器
优点：①保护细胞免受剪切。 ②固定化细胞可重复使用。 ③易于高密度培养。 ④细胞间接触良好。 ⑤减少遗传不稳定性。 ⑥易于连续化操作。
先决条件：使细胞代谢产物分泌到胞外。
植物细胞反应器的选择
• 综合考虑因素： （1）供氧能力及气泡分散程度。 （2）剪切力的影响。 （3）高密度培养液的混合程度。 （4）温度、pH及营养物浓度的控制能力。 （5）细胞团大小的控制能力。 （6）易于放大。
• 优点：反应器中温度、pH、溶氧及营养物浓度易 控制。
缺点：剪切力损伤细胞。
动物细胞培养用生物反应器及其力学环境
１ 引
言
动物细胞体外培养技术自建立以来， 为研究细 胞的形态、 结构、 功能及其遗传学特征， 揭示细胞生
长、 增殖与分化等生命科学领域的基础间题发挥了 重要作用。 随着动物细胞体外培养技术的发展及相 关产业的要求， 特别是随着组织工程的发展与应用， 传统的实验室常规培养显然不能满足这一要求， 动 物细胞的工业 大规模培养已 被提上日 ７ 动物细 程Ｕ 胞体外培养技术能否生产人类所需的具有重要价值 的生物活性组织或物质并走向 商业化道路， 关键之 一便是能否设计出合适的生物反应器。 近年来有关生物组织／ 细胞应力一生长关系的 研究表明［ｓ从器官、 Ｐ７ －， 组织到细胞、 细胞器等各个
的生物制品。然而动物细胞无细胞壁 ， 其机械强度 低， 细胞生长缓慢， 营养要求高， 生长条件不易控制，
由气升式生物反应器和沉淀罐（ｅ ｌｇ ｋ 组 Ｓｔｉ ｔ ） ｔ ａ ｎ ｎ 成； 灌注培养中， 细胞悬浮液在进入沉淀罐之前经过 冷却， 能有效防止细胞营养成分及供氧不足等问题，
有利于动物细胞高密度培养。
（ ｂ ｅ ｒｏ Ｂｏ ｅ ａｉ（ ｉｅｎ ， ｕ二 ｎ ｅｉ ， ｎｄ ６０６，ｈ ａ Ｉ ｔｙ ｉ ｃ ｎａ Ｅｇｎ ｒ ｇ Ｓ ｈ。 Ｕ ｉ ｒｔ Ｃｅ ｕ １０５Ｃｉ ） ｏ ｏ ｆ ｍ ｈ ｃ ｎ ｅ ｉ ｒ ｉ ｃ ｖｓ ｙ ｈｇ ｎ
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缺点：
• 操作弹性小，低气速时尤其在培养后期 细胞密度较高时，混合效果较差。
• 如果提高通气量，又会产生大量泡沫， 也易于驱除培养液中的二氧化碳和乙烯， 对细胞生长有阻碍作用。
• 过高的溶氧对植物细胞合成次级代谢产 物不利。
发酵机械与设备
•徐 明 芳 博 士 •教 授
•暨 南 大 学 生 科 院 • 2015-11-13
目录
绪论 第一篇 生物质原料处理设备
第二篇 生物反应设备
第三篇 产物分离设备 第四篇 其他设备
典型工业生物技术过程
细胞
酶
生物催化剂 （游离或固定化）
空气
检测控 制仪表
除 菌
产品提取纯化
生物反应器
副产品 产品
因此常采用小固 定化颗粒，这些 小颗粒良好的传 质特性是流化床 反应器的优点，
植物细胞培养反应器
✓ 紫草细胞培养
LS培养基
诱导培养
悬浮培养
一级培养
紫草种子
无菌幼根
愈伤组织
悬浮细胞
细胞增殖培养
植物细胞培养反应器
✓ （3）组合式反应器
利用“ 优势互补”原则，将两种反应器结合起来研究出组合式 反应器。 带有低速搅拌的气升式发酵罐可弥补低气速时混合性差的弱点。
✓ 光生物反应器
植物细胞培养反应器
→Gas outlet
↑ ↑ ↑
↑↑↑↑
Bubble Column Bioreactor
Culture medium Sieve plate Air inlet
植物细胞培养反应器
✓ 非机械搅拌式反应器
Air-lift Bioreactor
植物细胞的培养比较多地采用各种非机械搅拌生 物反应器，其中常用的是气体搅拌生物反应器。 气体搅拌生物反应器没有活动的搅拌装置，在很 大程度上减少了剪切力，并能在长期操作中保持 无菌。气体搅拌生物反应器包括鼓泡塔和气升式 反应器等。
第六章厌氧（嫌气）发酵设备
第一节 酒精发酵设备 第二节 啤酒发酵设备 第三节连续发酵设备
第二篇 生物反应设备
第五章 生物反应器—通风搅拌发酵罐
第六章厌氧（嫌气）发酵设备
第七章 生物反应器—细胞培养反应器
第一节 植物细胞反应器 第二节 动物细胞反应器 第三节 微藻培养反应器
典型工业生物技术过程
细胞
机械搅拌反应器 悬浮培养反应器组 非合 机式 械反 搅应 拌器 反应器
光生物反应器
固定化细胞培养反应器
填充床反应器 流化床反应器 膜反应器
2 植物细胞培养反应器
➢ 悬浮培养生物反应器
✓（1） 机械搅拌式反应器
尽管机械搅拌反应器已成功用于许多细胞的培养 中，反应器内的温度、pH、溶氧及营养物质浓 度较其他反应器更易控制等优点，但由于机械搅 拌造成的剪切力以对植物细胞造成较大的损伤， 对次级代谢产物的合成也会产生影响，同时会带 来染菌和机械上的问题，因此需筛选出抗剪切力 的细胞系，也可对反应器结构进行改造，尤其是 搅拌桨的结构和类型的改进，使其具有缓和、充 分的搅拌效果。 图示目前规模最大的植物细胞培养反应器装置
细胞培养，具有什么优缺点？
5、举例说明植物细胞培养的流程与应用 6、植物细胞培养工业化生产需解决的难题 7、有哪两种动物细胞培养方法？其特点？ 8、动物细胞培养可生产的生物制品？ 9、动物细胞培养生产生物制品工艺实例 10、动物细胞培养与植物细胞培养的特点有什么差异性 11 常用的动物生物反应器有哪些？ 12 常用的藻类生物反应器有哪些？
Gottleib Haberlandt
1植物细胞（组织）培养--- (3)植物体细 胞杂交
(1)
(2)
(3)
(1)
(4)
(5)
植物A细胞
原生质体A
去壁
原生质体融合
植物B细胞
原生杂种细胞
2 植物细胞培养反应器
植物细胞培养固 悬定 浮化 培细 养胞培养
第一节 植物细胞培养
植物细胞培养技术包括植物器官（根、枝叶、发根、胚和冠 瘿组织等）、组织、细胞以及原生质体培养，并以此发展起来 的各种植物细胞培养技术。
• 1902年德国植物学家Haberlandt在营养液中成功地培育了 单个植物细胞，尽管未能使其分裂生长，但为植物细胞培养翻开 了新的一页。 • Haberlandt提出植物细胞的“全能性”学说，植物细胞的全能 性：植物的体细胞具有母体植株全部遗传信息并发育成为完整个 体的潜力，因而每一个植物细胞可以像胚胎细胞那样，经离体培 养再生成植株。
酶
生物催化剂 （游离或固定化）
空气
检测控 制仪表
除 菌
产品提取纯化
生物反应器
副产品 产品
（灭菌）
废物
原材料
底物
营养物 培养基
经加工 原料
机械能 热能
核心技术？
思考题
1、 有几种植物细胞（组织）培养的类型与特点 2、简述植物体细胞杂交培养的过程 3、植物细胞培养与微生物的区别？ 4、常用的植物生物反应器有哪些？那种反应器更适合植物
优点： 混合性能好
缺点：剪切力大。
传氧效率高
操作弹性大
可用于细胞高密度培养；
Stirred Tank Bioreactors
2 植物细胞培养反应器
✓ 机械搅拌式反应器
机械搅拌通风式生物反应器
2 植物细胞培养反应器
✓ （2）非机械搅拌式反应器---气升式
非搅拌式反应器所产生的剪切力较小，结构简单。其主要类型 有鼓泡式反应器、气升式反应器等气体搅拌式反应器
➢ 固定化细胞生物反应器
✓（5） 流化床反应器
细胞可以位于支 ✓ （4）填充床反应器
撑物表面，也可
包埋于支撑物之 中，培养液流经 支撑物颗粒，不
利用液体的能量 来悬浮颗粒。
断被细胞利用。
颗粒呈流化状态
优点：单位体积 固定细胞量大。
所需的能量与颗 粒大小成正比，
缺点：混合效果 低，对必要的氧 传递、pH、温度 控制和气体产物 的排除造成困难，
（灭菌）
废物
原材料
底物
营养物 培养基
经加工 原料
机械能 热能
核心技术？
第一篇 生物质原料处理设备
• 第一章 生物质原料预处理设备 • 第二章 生物细胞培养基制备设备 • 第三章 生物培养基灭菌设备 • 第四章 原料（物料）输送设备
第二篇 生物反应设备
第五章 生物反应器—通风搅拌发酵罐
第一节 发酵设备概述 第二节 通风发酵罐结构与工作原理 第三节 自吸式发酵罐结构与工作原理 第四节 气升式发酵罐(ALR)结构与工作原理