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动物细胞反应器

动物细胞反应器

简要描述:

动物细胞反应器具有先进的生物过程优化和放大能力是生物反应器设计的核心技术。由于在生物反应器中所发生的反应是在分子水平的遗传特性、细胞水平的代谢调节和反应器工程水平的混和传递等多尺度(水平)上发生的。

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一、动物细胞反应器概述:

动物细胞体外培养时,生物反应器是整个培养过程的关键设备,为细胞提供了一个适宜的生长环境,使之快速增殖并形成所需的生物组织制品。由于动物细胞在其形态结构、培养方法以及所需的力学环境等方面均不同于微生物细胞,因而传统的微生物反应器显然已不适用于动物细胞大规模培养,特别是组织工程的需要,促使新型生物反应器的研究与开发。

 

二、动物细胞反应器分类及结构特点:

搅拌式生物反应器
搅拌式反应器靠搅拌桨提供液相搅拌的动力,它有较大的操作范围、良好的混合性和浓度均匀性,因此在生物反应中被广泛使用。但由于动物细胞没有细胞壁的保护,因此对剪切作用十分敏感,直接的机械搅拌很容易对其造成损害,传统的用于微生物的搅拌反应器用作动物细胞的培养显然是不合适的。所以,动物细胞培养中的搅拌式反应器都是经过改进的,包括改进供氧方式、搅拌桨的形式及在反应器内加装辅件等。
供氧方式的改进
一般情况下搅拌式反应器还常伴有鼓泡,为细胞生长提供所需氧分。由于动物细胞对鼓泡的剪胞生长提供所需氧分。由于动物细胞对鼓泡的剪切也很敏感,所以人们在供氧方式的改进上做了许多工作。笼式供氧是搅拌式供氧方式的一种,即气泡用丝网隔开,不与细胞直接接触;反应器既能保证混合效果又有尽可能小的剪切力,以满足细胞生长的要求。北野昭一报道了一个经过改进的搅拌式,整体呈梨形,搅拌置于反应器底部,在搅拌轴外装了一个锥形不锈钢丝网与搅拌轴一起转动。轴心处的鼓泡管在丝网内侧鼓泡,丝网外侧的细胞不与气泡直接接触。
搅拌桨的改进
搅拌桨的形式对细胞生长的影响非常大,这方面的改进主要考虑如何减小细胞所受的剪切力。有人对搅拌桨的形式作了改进,并在反应器内加装了辅件,实验证明改进后的反应器适用于对剪切力敏感的细胞进行高密度培养。反应器采用了一个双螺旋带状搅拌桨,顶部的法兰盖上安装了3块表面挡板。每块挡板相对于径向的夹角为30°,垂直插入液面。挡板的存在减小了液面上的旋涡。这个反应器维持了较小的剪切力,实验中用于昆虫细胞的培养, 终的培养密度达到6×106个/mL,成活率在98%以上。
非搅拌式生物反应器
搅拌式生物反应器用于动物细胞培养存在的 大缺点是剪切力大,容易损伤细胞,虽然经过各种改进,这个问题仍很难避免。相比之下,非搅拌式反应器产生的剪切力较小,在动物细胞培养中表现出了较强的优势。
(1)填充床反应器填充是在反应器中填充一定材质的填充物,供细胞贴壁生长。营养液通过循环灌流的方式提供,并可在循环过程中不断补充。细胞生长所需的氧分也可以在反应器外通过循环的营养液携带,因而不会有气泡伤及细胞。这类反应器剪切力小,适合细胞高密度生长。
(2)中空纤维反应器中空纤维反应器由于剪切力小而广泛用于动物细胞的培养。这类反应器由中空纤维管组成,每根中空纤维管的内径约为200μm,壁厚为50~70μm。管壁是多孔膜,O2和CO2等小分子可以自由透过膜扩散,动物细胞贴附在中空纤维管外壁生长,可以很方便地获取氧分。
(3)气升式生物反应器气升式生物反应器(airliftbioreactor)也是实现动物细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。有人在气升式反应器中利用微载体培养技术,研究了Vero细胞高密度培养的工艺条件。证明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。

 

三、技术指标
容积 500L / 1000L / 2500L / 3500L / 7500L / 10000L
设计压力罐体为 0.30MPa,夹套为 0.30Mpa
罐体材质罐体 316L 不锈钢、夹套 304 不锈钢
清洗、灭菌方式 CIP 自动清洗、SIP 自动灭菌
搅拌控制 磁力传动机械搅拌,变频调速为(10~100)rpm
罐内温度 37℃±0.2℃,自动控制
pH 控制 2~12pH±0.02,自动控制
DO 控制 0~200%±3%空气饱和度,自动控制
液位控制 误差±0.1~0.2%,可控
细胞密度 在线测量与实时显示,误差±5%
细胞代谢活性在线测量与实时显示,误差±5%
进气系统能提供 O2、N2、压缩空气、CO2 等气体自动混合控制
远程数字 监控系统
液晶触摸屏显示 pH、DO、压力、温度、通气量
参数智能设置,历史数据查询与分析
贮存、统计、打印各批数据和报表
动态显示采样数据、曲线、运行状态
自动控制软件 针对用户培养体系定制化需求的人工智能控制软件

 

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