生物工程设备精要.ppt

4.1.1 微生物反应器 ③ 离心消沫器：利用离心力将泡沫粉碎 蛇形栅消泡桨：泡沫上升与栅条反复碰撞，搅破液面上的气泡，抑制泡沫增加。目前广泛采用。 4.1.1 微生物反应器 通用机械搅拌反应器的发展趋势： 容积：扩大至100~350m3 材质：有碳钢改为不锈钢(304，316L) 传热：由单一的罐内蛇管传热改为罐内直管和罐壁半圆管相组合 减速：将皮带减速改用机械式减速 搅拌：从单一径向涡轮式搅拌改为径、轴双向流式搅拌。 0Cr18Ni9 00Cr17Ni14Mo2 4.1.1 微生物反应器 4.1.2 动物细胞培养反应器 随着生物技术的发展，动植物细胞培养已逐渐从实验室培养过渡到工业化规划的生物反应器中。通过动物细胞的大规模培养，可以得到疫苗、诊断试剂、单克隆抗体、酶等贵重药品和生物制品。 动物细胞无细胞壁，不能承受剪切力；对培养基的营养要求十分苛刻，对环境十分敏感；生长缓慢，一般只有在高细胞密度条件下才能得到一定浓度的产物。 4.1.2 动物细胞培养反应器 分类： 按动物细胞培养时的特性—— 象微生物一样悬浮培养，为非贴壁依赖型，包括血液、淋巴组织细胞、肿瘤细胞 只能在固体或半固体表面生长，形成单层细胞，为贴壁依赖型，多数哺乳动物细胞属于这一类。 按设备结构—— 螺旋膜反应器、流化床反应器、中空纤维及其他膜反应器、搅拌式反应器、空气提升式反应器等。 搅拌式反应器——桨式搅拌器、棒状搅拌器、船帆形搅拌器、往复震动锥孔筛板搅拌器、笼式通气搅拌器等 4.1.2 动物细胞培养反应器 动物细胞悬浮培养生物反应器 带帆形搅拌器的连续灌注系统培养反应器 实验室规模反应器，4~40L，搅拌桨是用尼龙丝编织带制成帆形，搅拌轴用磁力驱动旋转，转速为20~50r/min，氧气通过插入溶液中的硅胶管扩散到培养液内，以维持培养液内一定的溶解氧水平。 采用新鲜培养液连续加流，流出培养液通过旋转过滤器分离细胞后排出。 用于培养鼠类肿瘤细胞，每升培养液得到1.7×1012个细胞。 4.1.2 动物细胞培养反应器 中试和工业规模的动物细胞悬浮培养反应器： 目前已有10m3规模的动物细胞培养反应器用来培养杂交瘤细胞，生产单克隆抗体。关键是改进搅拌桨和通气装置，减小剪切力。 用螺旋桨取代涡轮式搅拌器，用扩散渗透通气装置代替鼓泡空气分散器。 4.1.2 动物细胞培养反应器 空气提升式(气升式)生物反应器，最初被用于生产单细胞蛋白，后来用于培养动植物细胞，特别适用于生产次级代谢产物的分泌型细胞。 优点： 结构简单，避免使用轴承而造成微生物培养的污染； 传质性能好，尤其是氧的传递效率高； 产生的湍动温和，剪切力小，循环量大，使细胞营养成分均布于培养基中。 4.1.2 动物细胞培养反应器 气升式发酵罐(外循环) 气升式发酵罐(内循环) 常州市三高生物技术工程设备有限公司 4.1.2 动物细胞培养反应器 动物细胞贴壁培养反应器 大部分动物细胞必须附着在固体或半固体表面才能生长，细胞在载体表面上生长并扩展成一个单层，又称单层培养。 传统方法：滚瓶 用4~30L大小的成千上万个滚瓶进行动物细胞培养，来生产疫苗。 比表面积小，0.35 手工操作 4.1.2 动物细胞培养反应器 中孔纤维培养器： 由成束的中孔纤维管组成，每根中孔纤维管的内径为200μm，壁厚为50~75μm，管壁是半透性的多孔膜，O2与CO2可以自由地透过膜双向扩散，而大分子有机物不能透过。 动物细胞帖附在中空纤维管外壁生长，可以方便地获取营养物和溶解氧。 装置内可安装成千根纤维管，比表面积大(40)，溶解氧传质速率比悬浮培养器高3倍，为大规模动物细胞培养创造了条件。 4.1.2 动物细胞培养反应器 动物细胞微载体悬浮培养反应器 用微珠作载体，使单层动物细胞生长于微珠表面，可在培养液中进行悬浮培养。这种培养方式将单层培养和悬浮培养结合起来，是大规模动物细胞培养技术最常用方法。 三个关键问题： 具有合适的搅拌器，使载体在培养液内悬浮流动，而又要不因过高的剪切力而使动物细胞受到损害； 不能用传统发酵罐那样用空气在培养液内鼓泡充氧，而只能用扩散方式来传递氧，以满足所需的溶解氧浓度； 在培养液中严格控制pH值，要求误差小于0.05。 4.1.2 动物细胞培养反应器 微珠可用葡聚糖凝胶、聚丙烯酰胺、明胶或甲壳质等来制造，要求球径均匀，径差小于20~25μm，溶胀后密度在1.03~1.05g/ml，以便在反应器内经缓慢搅拌后微载体能悬浮起来。 利用中空纤维作为通气装置的微载体悬浮培养反应器：用直径为2.5mm的聚四氟乙烯中空纤维管作为通气装置，空气在管内，氧分子通过半透性的管壁扩散到培养液中，供动物细胞生长。 4.1.2 动物细胞培养反应器 5L气腔式动物细胞培养反应器： 反应器内