動(dòng)物細(xì)胞反應(yīng)器具有良好的生物過程優(yōu)化和放大能力是生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)的核心技術(shù)。由于在生物反應(yīng)器中所發(fā)生的反應(yīng)是在分子水平的遺傳特性、細(xì)胞水平的代謝調(diào)節(jié)和反應(yīng)器工程水平的混和傳遞等多尺度（水平）上發(fā)生的。

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一、動(dòng)物細(xì)胞反應(yīng)器概述：

動(dòng)物細(xì)胞體外培養(yǎng)時(shí)，生物反應(yīng)器是整個(gè)培養(yǎng)過程的關(guān)鍵設(shè)備，為細(xì)胞提供了一個(gè)適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，使之快速增殖并形成所需的生物組織制品。由于動(dòng)物細(xì)胞在其形態(tài)結(jié)構(gòu)、培養(yǎng)方法以及所需的力學(xué)環(huán)境等方面均不同于微生物細(xì)胞，因而傳統(tǒng)的微生物反應(yīng)器顯然已不適用于動(dòng)物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)，特別是組織工程的需要，促使新型生物反應(yīng)器的研究與開發(fā)。

二、動(dòng)物細(xì)胞反應(yīng)器分類及結(jié)構(gòu)特點(diǎn):

攪拌式生物反應(yīng)器

攪拌式反應(yīng)器靠攪拌槳提供液相攪拌的動(dòng)力，它有較大的操作范圍、良好的混合性和濃度均勻性，因此在生物反應(yīng)中被廣泛使用。但由于動(dòng)物細(xì)胞沒有細(xì)胞壁的保護(hù)，因此對(duì)剪切作用十分敏感，直接的機(jī)械攪拌很容易對(duì)其造成損害，傳統(tǒng)的用于微生物的攪拌反應(yīng)器用作動(dòng)物細(xì)胞的培養(yǎng)顯然是不合適的。所以，動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)中的攪拌式反應(yīng)器都是經(jīng)過改進(jìn)的，包括改進(jìn)供氧方式、攪拌槳的形式及在反應(yīng)器內(nèi)加裝輔件等。

供氧方式的改進(jìn)

一般情況下攪拌式反應(yīng)器還常伴有鼓泡，為細(xì)胞生長(zhǎng)提供所需氧分。由于動(dòng)物細(xì)胞對(duì)鼓泡的剪胞生長(zhǎng)提供所需氧分。由于動(dòng)物細(xì)胞對(duì)鼓泡的剪切也很敏感，所以人們?cè)诠┭醴绞降母倪M(jìn)上做了許多工作?；\式供氧是攪拌式供氧方式的一種，即氣泡用絲網(wǎng)隔開，不與細(xì)胞直接接觸；反應(yīng)器既能保證混合效果又有盡可能小的剪切力，以滿足細(xì)胞生長(zhǎng)的要求。北野昭一報(bào)道了一個(gè)經(jīng)過改進(jìn)的攪拌式，整體呈梨形，攪拌置于反應(yīng)器底部，在攪拌軸外裝了一個(gè)錐形不銹鋼絲網(wǎng)與攪拌軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。軸心處的鼓泡管在絲網(wǎng)內(nèi)側(cè)鼓泡，絲網(wǎng)外側(cè)的細(xì)胞不與氣泡直接接觸。

攪拌槳的改進(jìn)

攪拌槳的形式對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)的影響非常大，這方面的改進(jìn)主要考慮如何減小細(xì)胞所受的剪切力。有人對(duì)攪拌槳的形式作了改進(jìn)，并在反應(yīng)器內(nèi)加裝了輔件，實(shí)驗(yàn)證明改進(jìn)后的反應(yīng)器適用于對(duì)剪切力敏感的細(xì)胞進(jìn)行高密度培養(yǎng)。反應(yīng)器采用了一個(gè)雙螺旋帶狀攪拌槳，頂部的法蘭蓋上安裝了3塊表面擋板。每塊擋板相對(duì)于徑向的夾角為30°，垂直插入液面。擋板的存在減小了液面上的旋渦。這個(gè)反應(yīng)器維持了較小的剪切力，實(shí)驗(yàn)中用于昆蟲細(xì)胞的培養(yǎng)， 終的培養(yǎng)密度達(dá)到6×106個(gè)/mL，成活率在98%以上。

非攪拌式生物反應(yīng)器

攪拌式生物反應(yīng)器用于動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)存在的 大缺點(diǎn)是剪切力大，容易損傷細(xì)胞，雖然經(jīng)過各種改進(jìn)，這個(gè)問題仍很難避免。相比之下，非攪拌式反應(yīng)器產(chǎn)生的剪切力較小，在動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)中表現(xiàn)出了較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。

（1）填充床反應(yīng)器填充是在反應(yīng)器中填充一定材質(zhì)的填充物，供細(xì)胞貼壁生長(zhǎng)。營(yíng)養(yǎng)液通過循環(huán)灌流的方式提供，并可在循環(huán)過程中不斷補(bǔ)充。細(xì)胞生長(zhǎng)所需的氧分也可以在反應(yīng)器外通過循環(huán)的營(yíng)養(yǎng)液攜帶，因而不會(huì)有氣泡傷及細(xì)胞。這類反應(yīng)器剪切力小，適合細(xì)胞高密度生長(zhǎng)。

（2）中空纖維反應(yīng)器中空纖維反應(yīng)器由于剪切力小而廣泛用于動(dòng)物細(xì)胞的培養(yǎng)。這類反應(yīng)器由中空纖維管組成，每根中空纖維管的內(nèi)徑約為200μm，壁厚為50～70μm。管壁是多孔膜，O2和CO2等小分子可以自由透過膜擴(kuò)散，動(dòng)物細(xì)胞貼附在中空纖維管外壁生長(zhǎng)，可以很方便地獲取氧分。

（3）氣升式生物反應(yīng)器氣升式生物反應(yīng)器(airliftbioreactor)也是實(shí)現(xiàn)動(dòng)物細(xì)胞高密度培養(yǎng)的常用設(shè)備之一，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。有人在氣升式反應(yīng)器中利用微載體培養(yǎng)技術(shù)，研究了Vero細(xì)胞高密度培養(yǎng)的工藝條件。證明氣升式反應(yīng)器中懸浮微載體培養(yǎng)Vero細(xì)胞，在加入適量保護(hù)劑、營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)充足的情況下，細(xì)胞可以正常生長(zhǎng)至長(zhǎng)滿微載體表面，終密度可達(dá)1.13×106個(gè)/mL。

三、技術(shù)指標(biāo)

容積 500L / 1000L / 2500L / 3500L / 7500L / 10000L

設(shè)計(jì)壓力罐體為 0.30MPa，夾套為 0.30Mpa

罐體材質(zhì)罐體 316L 不銹鋼、夾套 304 不銹鋼

清洗、滅菌方式 CIP 自動(dòng)清洗、SIP 自動(dòng)滅菌

攪拌控制 磁力傳動(dòng)機(jī)械攪拌，變頻調(diào)速為（10～100）rpm

罐內(nèi)溫度 37℃±0.2℃，自動(dòng)控制

pH 控制 2～12pH±0.02，自動(dòng)控制

DO 控制 0～200%±3%空氣飽和度，自動(dòng)控制

液位控制 誤差±0.1~0.2%，可控

細(xì)胞密度 在線測(cè)量與實(shí)時(shí)顯示，誤差±5%

細(xì)胞代謝活性在線測(cè)量與實(shí)時(shí)顯示，誤差±5%

進(jìn)氣系統(tǒng)能提供 O2、N2、壓縮空氣、CO2 等氣體自動(dòng)混合控制

遠(yuǎn)程數(shù)字 監(jiān)控系統(tǒng)

液晶觸摸屏顯示 pH、DO、壓力、溫度、通氣量

參數(shù)智能設(shè)置，歷史數(shù)據(jù)查詢與分析

貯存、統(tǒng)計(jì)、打印各批數(shù)據(jù)和報(bào)表

動(dòng)態(tài)顯示采樣數(shù)據(jù)、曲線、運(yùn)行狀態(tài)

自動(dòng)控制軟件 針對(duì)用戶培養(yǎng)體系定制化需求的人工智能控制軟件

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