植物细胞培养装置和酶反应器.ppt

6.2 植物细胞培养反应器 吸筒式搅拌器和帆式搅拌器也常用于植物细胞的悬浮培养中，其结构如6-13所示。吸筒式搅拌器的结构原理在本章动物细胞培养反应器中已有详细介绍，帆式搅拌器结构相对简单，由四片较大的搅拌叶组成。这两种搅拌在使用时转速都不高，一般在30～80转/分。 6.2 植物细胞培养反应器 图6-13 吸管式搅拌和帆式搅拌 6.2 植物细胞培养反应器 机械搅拌生物反应器的优点是： 　　1、能够使反应器内的培养液组分比较均匀地分布在反应器的各个部分。 　　2、结构简单，容易操作，放大容易，能够适应更多的植物细胞培养场合。 　　3、操作弹性大，可以方便的调节搅拌转速。 机械搅拌生物反应器的缺点是： 　　1、如果控制不当，机械搅拌产生的剪切力容易对植物细胞产生伤害。 　　2、能耗大。 　　3、机械搅拌需要相对比较复杂的密封，这些密封使用不当容易产生泄漏造成染菌使细胞培养失败。 6.2 植物细胞培养反应器 6.2.2 气体搅拌悬浮培养生物反应器 气体搅拌悬浮培养反应器，也叫鼓泡反应器，结构如图6-14所示。细胞及培养液装在反应器中，反应器的高径比通常为4～6。气体通过底部的气体分配器鼓入。在这种反应器中，氧气溶入培养液的速度、搅拌混合效果等主要取决于空气鼓入的速率和培养液的流体力学性质，比如粘度等。空气鼓入的速度越快，粘度越小，氧气进入反应器的速度越快，反应器的混合效果越好。 6.2 植物细胞培养反应器 图6-14 气体搅拌悬浮培养生物反应器 6.2 植物细胞培养反应器 很显然，这种反应器结构简单，节省能量。向培养液鼓入的空气中不但承担向细胞运送氧气的任务，而且起着重要的搅拌作用。这种反应器的缺点是操作弹性小，通入空气的速度大小有一定的要求。另外，这种反应器产生大量的气泡，这些气泡破裂时产生的剪切力会伤害正在生长的细胞，因此只适用于对剪切力不敏感的细胞培养。气升式反应器也属于气体搅拌悬浮培养反应器的一种。 6.2 植物细胞培养反应器 6.2.3 流化床固定培养生物反应器 固定化细胞培养技术是指通过利用化学或物理的方法，将细胞固定在某一支撑物上，比如固体颗粒或者膜上，然后加以培养。用这种方法进行细胞培养不仅减少了细胞受到剪切力伤害的可能性，而且由于细胞固定在某种支撑物上，可以很容易与培养液分开，既有利于细胞产物的分离，又使细胞能够反复培养利用，降低了生产成本。 6.2 植物细胞培养反应器 流化床固定培养生物反应器可以用来培养固定在固体颗粒上的细胞。结构如图6-15。 这种反应器主要由一个圆柱体组成，循环泵从这个圆柱体的底端打入培养液，培养液从下向上流动将反应器内载有细胞的固体颗粒悬浮起来，直至顶端。在顶部，由于反应器的直径变大，培养液向上流动的速度变慢，这些悬浮的固体颗粒不再上升。 6.2 植物细胞培养反应器 图6-15 流化床固定培养反应器 6.2 植物细胞培养反应器 6.2.4 膜反应器 膜反应器是另一种固定化植物细胞培养反应器，它利用膜将植物细胞固定起来，然后加以培养。用膜固定细胞的方式基本上有两种，一种是将细胞固定在一层膜和另一层支撑物之间，如图 6-16a 所示，营养物质从膜上流过通过膜渗透到细胞层中，利用中空纤维膜进行植物细胞固定化培养属于这种情况。另一种是将细胞固定在两层膜之间，营养液从膜外流过，通过膜渗透到细胞层中，如图6-16b 所示，平板膜反应器或螺旋卷绕膜反应器采用这种方式。 6.2 植物细胞培养反应器 图 6-16 使用膜固定植物细胞的两种方式 a 细胞固定在膜和另一层支撑物之间 b 细胞固定在两层膜之间 6.2 植物细胞培养反应器 中空纤维膜植物细胞培养装置如图6-17所示， 细胞固定在中空纤维外壁和反应器外壳内壁之间，或者说，细胞填充在反应器内，多束中空纤维从中穿过。 螺旋卷绕膜反应器可以看作为在两层平板膜中间夹着一层细胞，然后将夹着细胞的两层平板膜卷绕成螺旋状，如图6-18所示。在卷绕过程中，膜与膜之间用支撑物隔开一定的空间，细胞营养液被引入到这个空间里，其中的一部分通过膜进入细胞层，维持细胞生长，细胞的代谢产物也通过膜渗透到营养液中，被下游过程回收。 6.2 植物细胞培养反应器 图6-17 一种中空纤维膜反应器结构示意图 6.2 植物细胞培养反应器 图6-18 螺旋卷绕膜反应器的形成过程 6.2 植物细胞培养反应器 膜反应器的缺点是：1、在膜反应器中由于