生物工程设备 教学课件 作者 高平刘书志 主编 第六章 动植物细胞培养装置和酶反应器.pptx

生物工程设备第六章8/11/20191动、植物细胞培养装置和酶反应器

动、植物细胞培养装置和酶反应器动物细胞培养反应器植物细胞培养反应器酶反应器8/11/20192

6.1 动物细胞培养反应器8/11/201936.1.1通气搅拌式细胞培养反应器通气搅拌式动物细胞培养反应器顾名思义就是既有机械搅拌又有通气装置，是在微生物发酵反应器基础上改进的一类细胞培养反应器，适用于悬浮细胞的培养或者生长在微载球的贴壁细胞培养。机械搅拌和通气形式的不同产生了各种各样的通气搅拌反应器。其中比较典型的是笼式通气搅拌反应器，结构如图6-1所示。

6.1 动物细胞培养反应器图6-1笼式搅拌反应器结构图8/11/20194

6.1 动物细胞培养反应器8/11/20195笼式通气搅拌反应器由两大部分组成，罐体和搅拌。罐体与一般反应器罐体没有大的区别，但其搅拌结构却与众不同，图6-2是图6-1中的两个剖面，2-2和3-3剖面。从图中可以看出，笼式搅拌结构分为两大部分，搅拌笼体和搅拌支撑。搅拌笼体由搅拌内筒和其顶端的三个吸管搅拌叶以及套在笼体外面的网状笼壁组成。搅拌内筒上端密封，下端开口，在其上端外侧联接了三个圆筒。这三个圆筒向外展开，互成120度，垂直于搅拌内筒，外端为倾斜切口，组成吸管搅拌叶。如4-4剖面图6-3所示。

6.1 动物细胞培养反应器8/11/20196这样，当搅拌沿图6-3所示的方向旋转时，吸管搅拌叶的外端斜切口部分就会产生负压。在负压的驱动下，罐内的液体就会从搅拌内筒的底部开口进入，从吸管式搅拌叶的斜切口部分回到罐内，形成罐内液体的上下循环。如图6-4所示，气体从这些小孔中进入内筒和笼壁之间的环状空间，并与从笼外进入的液体混合，形成气液混合室。搅拌支撑结构由图6-2中的a图所示，由弹簧机械密封和空心柱组成，空心柱作为搅拌轴，同时起到通气的作用，与外面的支撑体用轴承连接。

6.1 动物细胞培养反应器图a为上图6-1中的2-2剖面，图b为3-3剖面8/11/20197图6-2笼式搅拌器剖面图

6.1 动物细胞培养反应器图6-3笼式搅拌的4-4剖面图搅拌叶的结构8/11/20198

6.1 动物细胞培养反应器图6-4图6-1中的6-6剖面8/11/20199

6.1 动物细胞培养反应器8/11/201910此外，搅拌笼体的上部还有气体进口和气体出口，如图6-2b所示，下部连接一个环状磁铁作为磁铁转子，以便外部磁力搅拌带动搅拌体转动。这样，整个搅拌笼体内部形成两个区域，搅拌内管和吸管搅拌叶的内部空腔构成液体流动区，液体自下而上通过该区域与搅拌外部的液体形成循环；搅拌内管和笼壁之间形成气液混合区，液体和气体在这里混合，由于笼壁上的孔直径非常小，混合的气液笼壁后形不成气泡。

6.1 动物细胞培养反应器8/11/201911这种反应器的优点是：首先，液体在罐体内形成从下到上的循环，罐内液体在比较柔和的搅拌情况下达到比较理想的搅拌效果，罐内各处营养物质比较均衡，有利于营养物质和细胞产物在细胞营养液之间的传递，剪切力对细胞的破坏降低到比较小的程度。其次，由于搅拌器内单独分出一个区域供气液接触，气体进入时鼓泡产生的剪切力无法伤害到细胞。最后，这种反应器的气道也可以用于通入液体营养，与出液口滤网配合进行细胞的营养液置换培养增加了反应器的功能。

6.1 动物细胞培养反应器8/11/2019126.1.2气升式动物细胞培养反应器气升式动物细胞培养反应器利用混有气体的液体与没有气体的液体或含有较少气体的液体之间的比重差异推动一部分液体上升和另一部分液体下降，在导流筒的作用下在反应器内形成培养液循环，起到搅拌的效果，不仅节约了能源，更重要的是去除了机械搅拌有可能对细胞产生的伤害。其结构如图6-5所示。

6.1 动物细胞培养反应器1—培养液上升区2—培养液下降区3—气液分配板4—液体上升口5—气体导入口6—液体引入口7气液分离区8—导流筒9—液体导入区图6-5气升式反应器结构示意图8/11/201913

6.1 动物细胞培养反应器8/11/201914从图中可以看出，气升式反应器主要有筒体和导流筒及气液分布板组成。细胞培养液从管口中进入，装至一定液面后，气体从底部通过气液分布板由细小的出口引入进入上升区。上升区内的液体由于含有大量气泡，比重减轻，从而沿导流筒上升并吸引下降区内的液体下降。下降区的液体降到底部后从气液分布板进入上升区，形成液体的上下循环，起到搅拌的作用。

6.1 动物细胞培养反应器8/11/2019156.1.3中空纤维细胞培养反应器中空纤维是由聚合物，如聚砜和丙烯共聚物等，制成的非常细的管状物纤维，内径大约在200μm～500μm左右，璧厚50～100μm左右，管壁布满大量微孔。中空纤维的内层有