激流式生物反应器
河南农大
2、国内兽用生物制品行业细胞培养 及病毒繁殖普遍采用传统转瓶生产 工艺，但转瓶生产方式存在劳动强 工艺， 度大、易污染、病毒效价低等缺点。 度大、易污染、病毒效价低等缺点。
3、国外生物制品企业近年来广泛采用 细胞悬浮培养技术繁殖病毒， 细胞悬浮培养技术繁殖病毒，但目前在 国内兽用生物制品行业还尚未被普遍采 鉴于这种情况， 用。鉴于这种情况，我们与安普公司合 作，用法氏囊传代细胞适应毒在他们研 发和改进了的激流发和改进了的激流-灌注式生物反应器上 进行病毒大量培养的探索和研究。 进行病毒大量培养的探索和研究。 由河南农业大学、 由河南农业大学、杭州荐量生物药 山西海森生物药厂、 厂、山西海森生物药厂、杨州威克生物 药厂与安普公司一起共同进行了上述研 究。
四、A20激流-灌注式生物器培养鸡胚传代细 A20激流 激流胞大量繁殖法氏囊病毒的工艺
细胞复苏 ↓ 细胞种子链扩增
1个T25方瓶，连续放大至10L转瓶。 T25方瓶 连续放大至10L转瓶 方瓶， 转瓶。
↓
反应器细胞培养 ∣ 以2-6×109个细胞（7-10L培养液）接种 109个细胞（ 10L培养液） 个细胞 培养液 培养条件：37℃ 30%~60%； 7.2-7.3。 ↓ 培养条件：37℃；DO 30%~60%；pH 7.2-7.3。
三、试验目的： 试验目的：
（1）、研究利用生物反应器培养传代细胞 ）、研究利用生物反应器培养传代细胞 繁殖法氏囊病毒的可行性， 繁殖法氏囊病毒的可行性，摸索最佳的培养 条件和相关参数， PH、DO、糖耗， 条件和相关参数，如PH、DO、糖耗，最佳 接毒时间、最佳接毒量、最佳收毒时间、 接毒时间、最佳接毒量、最佳收毒时间、最 佳收毒方式等。 佳收毒方式等。 （2）利用生物反应器培养出高效价的法氏 囊病毒液体。（应高于转瓶10 20倍 。（应高于转瓶 囊病毒液体。（应高于转瓶10～20倍）
生物反应器的设计及其性能评价
生物反应器的设计及其性能评价生物反应器是生物工程领域中极为重要的一种设备，其主要功能为利用微生物或生物体对有机物和无机物进行生化反应，从而实现生产、处理、分离、提纯等一系列工业、环境、食品等方面的需求。
随着微生物学、生物化学、化学工程等学科的发展，生物反应器技术也得到了越来越广泛的应用。
本文主要介绍生物反应器的设计及其性能评价。
一、生物反应器的设计生物反应器的设计主要包括反应器类型、反应器结构、内部构造、操作条件等方面。
以下是生物反应器设计的关键要素：1.反应器类型目前，生物反应器主要可分为动态和静态两类，其中静态反应器又可分为批式、连续式、挤压式等。
批式反应器适用于一些小批量的生产。
连续式反应器能够实现持续生产，其结构复杂，通常应用于中大规模的生产。
挤压式反应器是一种特殊的生物反应器，其优点在于其高的密度和高效的质量传递。
2.反应器结构生物反应器的结构分为圆柱形和矩形两种，圆柱形和球形反应器内部流体混合均匀，在高温高压下具有较好的机械强度和稳定性，但是其制造结构复杂，生产成本高。
矩形反应器的生产成本较低，安装和操作方便，但在极端条件下，由于压力不均可破裂。
3.内部构造生物反应器的内部构造包括搅拌系统、气体导入系统、温度控制系统、PH调节系统、报警系统等，都是反应器能否正常工作的关键因素。
4.操作条件生物反应器的操作条件对其性能具有直接影响。
比如反应器的温度、压力、通气量等因素均应进行调整，以期达到最佳的反应效果。
二、生物反应器的性能评价生物反应器的性能评价主要涉及以下几个方面：1.反应器出口产量反应器出口产量是生物反应器最基本的评价因素，与其反应器类型、结构、操作条件等诸多因素有关。
2.产品纯度和稳定性生物反应器所生产的产品的纯度和稳定性均影响产品的市场价格和热度。
生物反应器对这两个因素的控制主要通过反应器操作条件和反应器内部构造的修改来实现。
3.反应器机械强度反应器的机械强度是针对产品所处生产过程中的环境条件而言的，在结构和材质设计上考虑机械强度对于避免产品在运输中破损至关重要。
《生物反应器》课件
通过本课件，我们将深入探讨生物反应器的全貌。从定义，分类，结构和原 理，应用领域，优点和挑战，以及未来的发展趋势，让我们一起探索这个令 人着迷的领域。
什么是生物反应器？
生物反应器是一种用于控制和维持特定生物反应过程的装置。它提供了理想的环境条件，以促进 生物反应的进行。
1 定义
生物制药
环境修复
生物反应器在生产生物药物和医 疗相关产品方面发挥着重要作用。
通过利用生物反应器来处理和净 化废水和废气等环境污染物。
生物燃料
生物反应器可用于生产可再生能 源，如生物柴油和生物乙醇。
生物反应器的优点和挑战
优点
生物反应器具有高效、环保、可控性强等优点， 适用于多种生物反应过程。
挑战
生物反应器的设计和操作需要专业知识和精细 调控，同时面临成本和规模扩展的挑战。
生物反应器是指能够维持生物反应过程的操作设备。
2 分类
根据反应器操作方式和反应类型，生物反应器可以分为不同的类别。
生物反应器的结构和原理
结构
生物反应器通常由反应容器、搅拌装置、进出料口 和传感器等组成。
原理
生物反应器的原理基于对生物过程中必要因素的控 制，如温度、氧气供应、营养物质和pH值。
生物反应器的应用领域
生物反应器的发展趋势
1
自动化与智能化
生物反应器将趋向自动化操作，并结合人工智能技术实现更智能的反应器将更加注重资源的有效利用和环境的可持续性。
3
多功能和定制化
生物反应器将能够满足不同反应过程的需求，实现定制化设计。
总结和展望
生物反应器作为一种核心技术，将不断推动生物科学和工程的进步。我们期 待未来的创新和发展，以应对全球的挑战。
生物反应器的流体力学和生物化学研究
生物反应器的流体力学和生物化学研究生物反应器是生化工程和生物技术中必不可少的装置，用于生产各种微生物发酵产物、酶制剂、蛋白质等等。
生物反应器在生物化学研究中发挥着重要作用，其流体力学性能和生物化学参数是直接影响反应器内微生物生长、代谢等生化反应进程的。
因此，理解生物反应器内流体力学和生物化学特性是非常关键的。
一、生物反应器的流体力学特征生物反应器是一个封闭的容器，其内部流体运动具有很大的非线性和复杂性，主要表现在以下几个方面：1. 多相流动生物反应器内的流体通常是复杂的多相流体，包括气液两相、液固两相、多液相和多固相等多种流态。
这些相的运动行为很不一样，相互之间还可能发生传质、热量的交换，因此研究这些流体的运动特性及其相互作用对生物反应器的优化设计和运行具有重要意义。
2. 离散相流动生物反应器中的离散相是指包含在流体中的微观固体颗粒，如微生物细胞、悬浮颗粒等。
这些颗粒对流动的可见性、浑浊度等物理特征有显著影响。
同时，离散相颗粒与连续相之间的相互作用也非常重要。
3. 均质流与非均质流生物反应器内流体运动状态往往是分别符合均质流和非均质流模型的。
其中均质流模型包括均匀流和湍流，而非均质流模型可以分为旋转流、脉动流和剪切流。
4. 机械蠕动作用生物反应器内的机械蠕动作用包括振动和搅拌等，对于离散相与连续相之间的转移以及生物组织的生长、分解、合成等过程具有显著的影响。
正确合理地控制机械蠕动作用，能够提高生物反应器的运行效率和产品的产量、质量。
二、生物反应器的生物化学特征生物反应器的生物化学特性包括流体中溶质、微生物和气体之间的物质传输、生物反应过程中产物与废物的释放等。
生物反应器内的生化反应过程涉及到很多因素，如微生物种类、微生物浓度、温度、pH值、氧气浓度和营养成分等等。
1. 溶质传输生物反应器内溶质传输的过程涉及到质量传递、动量传递和能量传递等，通常可以分为对流、弥散和质量转移三个步骤进行讨论。
溶质传输的速率直接影响反应器内微生物生长、代谢和反应物的转化速度。
生物反应器类型
生物反应器类型生物反应器是指一个用来模拟和控制生物过程的装置，常用于生物学、生化工程等领域。
生物反应器广泛应用于制药、化工和环保等领域，是一个非常重要的工具。
生物反应器一般分为多种类型，本文将详细介绍这些类型。
一、批式反应器批式反应器是最简单最基本的类型，它是一个封闭的容器，里面装有生物材料、培养基和所需的气体。
通常情况下，反应器会以一定温度、pH值和氧气浓度下进行反应。
时间到后，反应器会被打开，产物被取出。
批式反应器优点：操作简单，成本较低。
批式反应器缺点：生产周期长，产量小。
二、连续搅拌式反应器连续搅拌式反应器对批式反应器进行了改进，其关键在于通过搅拌系统不断输入新鲜的培养基和气体，同时也会将产物不断排出。
这种类型通常用于生产大量的微生物和酶。
连续搅拌式反应器优点：生产周期短，产量大。
连续搅拌式反应器缺点：会对微生物和酶产生一定的压力，需要考虑控制温度和pH值等，生产成本较高。
三、柱床反应器柱床反应器通常被用于某些特殊的生产需求，如病毒制备、蛋白质纯化等。
这种类型的反应器是通过填充物质，如树脂、磁性珠等构成一定的反应体系。
当培养基流过柱床时，反应体系中的微生物或酶与培养基发生反应，产生物质被吸附在柱床材料上。
柱床反应器优点：高效、高纯度。
柱床反应器缺点：成本高昂。
四、固定床反应器固定床反应器类似于柱床反应器，只是其填充物是生物材料。
在固定床反应器中，微生物或酶被固定在固体支架上，并与流经反应器的培养基相互作用。
固定床反应器优点：生产周期短，产量大，适用于大规模生产。
固定床反应器缺点：操作和控制比较复杂，成本较高。
五、膜反应器膜反应器是将微生物或酶放在半透膜上进行反应。
通过这种方式，微生物或酶可以在两个不同介质之间进行反应，并且可以控制分子的输送速度。
膜反应器常用于生产分离、浓缩或净化蛋白质、细胞等物质。
膜反应器优点：高效、产物纯度高、操作简单。
膜反应器缺点：膜的选择非常关键，成本较高。
综上所述，各种类型的生物反应器都有其优点和缺点，在实际应用中需要根据不同生产需求和特殊情况进行选择。
激流式生物反应器培养MDCK细胞条件优化
１ ２ １ 细胞 培 养 ． ．
１ ２ １ １ 细胞 复 苏 从 液 氮罐 中取 出 １管 ＭＤ Ｋ ． ． ． Ｃ 细胞 于 ３ ℃快 速解 冻 后 ， 到 含 １ ０ｍｉ １ 胎 牛血 ７ 加 ０ ／ 清的 Ｄ ＭＥ 培养 基 ， ７ ｍ Ｍ 在 ５ｃ 细胞 培养 瓶 中培养 ，
符 合世界 生 物制 药 发展 趋 势 ， 表 明我 国疫 苗生 产 也
技术 将逐 步 与国际疫 苗生产 技 术接 轨 。动 物细胞 大 规模 培养 在 疫 苗 生 产 领 域 发 挥 着 越 来 越 重 要 的作
用 。 动 物 细 胞 大 规 模 培 养 和 表 达 对 生 产 疫 苗 有 明 显 的 优 势 ， 方 面 活 性 高 、 定 性 好 ， 最 重 要 的 表 一 稳 是
动 物 医学 进 展 。０ ２ ３ （０ ： ６２ ２ １ ，３ １ ） １－０
Ｐｒ ｒ ｓ ｎ Ｖ ｅ ｅ ｉ ｒ ｅ ｃｎｅ ｏｇ ｅ ｓ ｉ ｔ ｒｎａ ｙ Ｍ ｄｉｉ
激 流 式 生 物 反应 器培 养 ＭＤＣ 细胞 条 件 优 化 Ｋ
余 彬 辉 ，王 斌 卿 胡 志航。 ， ，朱 炳 林 ，李 肖梁 ，方 维 焕
进 行优 化 。结果表 明 ， 激流 式生物反 应 器培养 ＭＤＣ 细胞 ， Ｋ 细胞接 种 密度 为 １ ５ ０ ｄ ／ ． ×１ 。 Ｖ ｍＬ、 Ｈ７ ２ 溶 氧 ｐ ．、
量 ５ ％～６ 、 ０ ０ 循环 流量 ４ ０ｍＬ ｍｉ ０ ／ ｎ和振 荡频 率 ６ ／ ｎ条件 下培 养 ５ｄ可 达到 最 大细胞 密度 （ ． ２ ０ ｒｍｉ １０ ×
一
１ １ １ 细 胞 和 试 剂 ＭＤ Ｋ 细 胞 ， 国 科 学 院 细 ． ． Ｃ 中
胞库上 海生 命科 学 院产 品 ； Ｍ 、 ＭＥ 、 ＭＥ Ｄ Ｍ ＤＭＥ Ｍ／
一种利用激流式生物反应器悬浮培养动物细胞的工艺过程及控制方法
专利名称：一种利用激流式生物反应器悬浮培养动物细胞的工艺过程及控制方法
专利类型：发明专利
发明人：张秀芹,刘铁成,张雪亭,王延涛,杨威,李会成
申请号：CN201110265840.7
申请日：20110908
公开号：CN102994442A
公开日：
20130327
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种利用激流式生物反应器无血清培养动物细胞生产重组蛋白类药物的工艺过程及控制方法。
该工艺采用流加基础培养液来提高细胞密度并扩大细胞培养体积。
通过降低培养温度和流加浓缩的表达培养液来维持细胞密度和活率。
从而高效、持续的获得重组蛋白。
工艺控制方法主要针对不同细胞株生长代谢变化，对pH、溶解氧、温度变化进行在线监测；对细胞密度、活率、培养体系中葡萄糖、谷氨酰胺、氨、乳酸、渗透压进行定时检测。
该方法特别适合大规模动物细胞悬浮培养。
具有操作控制简单，传质传氧效率高，培养周期稳定、批次间结果差异小、生产成本低、容易实现大体积、高密度等优点。
申请人：哈药集团技术中心
地址：150025 黑龙江省哈尔滨市利民开发区同盛路98号
国籍：CN
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一种利用激流式生物反应器制备猪流行性腹泻病毒的方法[发明专利]
![一种利用激流式生物反应器制备猪流行性腹泻病毒的方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/e6394f8ea45177232f60a2ff.png)
专利名称：一种利用激流式生物反应器制备猪流行性腹泻病毒的方法
专利类型：发明专利
发明人：夏广欣,吴全忠,吕茂杰,何召庆,杨保收,梁武,李守军
申请号：CN201310438027.4
申请日：20130923
公开号：CN103468648A
公开日：
20131225
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种利用激流式生物反应器培养猪流行性腹泻病毒的方法，该方法充分发挥了激流式生物反应器的工艺优点，优选了适宜猪流行性腹泻病毒在宿主细胞内增殖的环境条件，填补了利用激流式生物反应器培养猪流行性腹泻病毒的技术空白。
与现有技术相比，本发明的细胞培养过程逐日增大空气流量，加快系统内气体循环，有利于培养液内CO的溢出，有利于细胞生长，进而利于病毒的增殖；同时本发明病毒的接种过程无需吸附，简化操作，节省人力；此外本发明使用的浓缩营养液，可以倍增多种氨基酸含量，为病毒繁殖提供了充足的营养，有利于提高病毒产量。
申请人：天津瑞普生物技术股份有限公司
地址：300308 天津市滨海新区空港经济区环河北路76号空港商务园西区W2
国籍：CN
代理机构：天津滨海科纬知识产权代理有限公司
代理人：李莉华
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在培养液和工艺未优化情况下
细胞悬浮培养密度可达 2.5 X 107cells/ml
一个50L纸片载体灌注系统的体积产量相当于1200个大转瓶的生产车间！
20-40ml 模拟反应器系统用于工艺优化研究。
激流式灌注反应器
激流式灌注反应器配合激流式生物反应器使用，采用新型外循环式纸片灌注培养工艺，以纸片作为载体，利用激流式细胞培养器控制溶氧、pH、温度等细胞生长条件。
◆ 激流式灌注反应器细胞生长数据
● 蛋白抗体生产用纸片载体灌注式不同细胞生长密度×纸片载体总重量
细胞名称5L灌注系统（细胞数/克载
体×载体总重量150克）50L灌注系统（细胞数/克载体×
载体总重量1200克）
150L灌注系统（细胞数/克载体
×载体总重量3600克）
CHO-K1 13.7×108cells/g×150g 16.4×108cells/g×1200g 正在进行中
CHO-S 21.0×108cells/g×150g 25.0×108cells/g×1200g 18.0×108cells/g×3600g
结论：一个150L纸片载体灌注系统连续灌注和丰收一个月的体积产量相当于一个国际水平的1500L的大型流加悬浮 培养罐。
优势：一次性使用纸片灌注系统，工艺简单，细胞生存活力特别稳定，适合于发展中国家大规模蛋白质和抗体药物生产。
● 疫苗生产用纸片载体灌注式不同细胞生长密度×纸片载体总重量
细胞名称 5L灌注系统（细胞数/克载体
×载体总重量150克）
50L灌注系统（细胞数/克载
体×载体总重量1200克）
150L灌注系统（细胞数/克载
体×载体总重量3600克）
VERO（人） 6.0×108cells/g×150g 6.5×108cells/g×1200g 正在进行中
MDCK（人） 5.0×108cells/g×150g 正在进行中 正在进行中
Marc145（兽） 3.5×108cells/g×150g 正在进行中 正在进行中
ST1（兽） 4.0×108cells/g×150g 正在进行中 正在进行中
DF-1（鸡） 2.5×108cells/g×150g 正在进行中 正在进行中
CIK（鱼） 1.0×108cells/g×150g 正在进行中 正在进行中
EPC（鱼） 1.2×108cells/g×150g 正在进行中 正在进行中
结论：1、一个50L纸片载体灌注系统的体积产量相当于1200个大转瓶的生产车间，特别适合于大规模人用、兽（包括鸡和鱼）疫苗生产。
同时，也是适合烈性传染病（例如禽流感和SARS）国家和军队的疫苗应急生产方法。
2、低成本、一次性使用，适合于发展中国家大规模疫苗生产的全部中国制造的高端生物反应器。
优势：1、由于一次性使用纸片灌注系统细胞密度特别高，所以细胞之间生长的相互支持力度大，生存活力特别强。
2、与使用转瓶和微载体冲洗和酶消化的接种方法相比，一次性使用纸片灌注系统细胞容易冲洗和酶消化，所
以解决了逐级放大的接种问题。
3、实现DO、pH、温度等培养条件的自动控制
◆ 激流式灌注反应器的优势
● 系统无气升装置、鼓泡或搅拌器，使剪切力最小化。
● 培养液以一定流速流过纸片，供给贴壁依赖性细胞所需养分，在细胞周围形成稳定的流体轨道，可提供细胞生
长、交流和形成的三维结构。
● 新型纸片适用于多种细胞系，可提供传统培养模式（转瓶等）无法比拟的细胞吸附面积，更利于细胞吸附和生
长。
● 可解决贴壁培养放大问题，且空间占用少、操作简便、条件要求低。
● 一次性纸片灌注培养系统用后就弃，可避免交叉污染、缩短批间处理周期，无需清洗、消毒、验证，极大地提
高工作效率。
● 灌注袋事先经过γ射线照射，即拆即用。
灌注袋也适用于5L,50L,150L激流式反应器。
激流式灌注反应器培养体系能力比一般反应器高出20倍，是细胞商业化培养、疫苗工业大规模生产的首选。
激流式生物反应器
激流式生物反应器是一种全新概念的生物反应器，基于无鼓泡式新型传氧机制，它通过激流式振荡器机械摇动
产生激流而使培养液反复冲刷细胞培养袋内表面的氧分子层，进而使氧分子迅速溶解于培养液中，以满足细胞正常生
长和代谢的需求。
AmProtein 新型传氧机制的溶氧效率极高，为细胞高密度生长提供了理想的环境，并且避免了传统
鼓泡式给氧方法气泡破裂时对细胞的损伤以及强机械搅拌产生的剪切力对细胞的破坏，极大地提高了细胞存活率。
◆ 激流式生物反应器悬浮生长数据
● 5L工作体积：
细胞系 培养工艺 最大细胞密度 培养液优化
CHO-S 流加补料 2.0×107cells/ml 未优化
CHO-K1 流加补料 1.5×107cells/ml 未优化
SF9（昆虫） 批式培养 1.8×107cells/ml 未优化
● 50L工作体积：
CHO-S 流加补料 2.5×107cells/ml 未优化
CHO-K1 流加补料 2.0×107cells/ml 未优化
SF9（昆虫） 批式培养 未做 未优化
● 150L工作体积：
CHO-S 流加补料 1.8×107cells/ml 未优化
CHO-K1 流加补料 1.4×107cells/ml 未优化
SF9（昆虫） 批式培养 未做 未优化
◆ 激流式生物反应器的优势
●“激流式给氧机制”传氧效率极高,具有世界专利
● 激流式生物反应器起始细胞接种体积小，可从50ml开始逐步放大培养至所需的理想体积，最大工作体积可以 达300L，细胞培养密度可以达2.5×107/ml以上，细胞活力保持在90%以上，外源蛋白的表达量可以达到克级水平。
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