动物细胞大规模培养的生物反应器

动物细胞培养技术能否大规模工业化、商业化，关键在于能否设计出合适的生物反应器(bioreactor)。由于动物细胞与微生物细胞有很大差异，传统的微生物反应器显然不适用于动物细胞的大规模培养。首先必须满足在低剪切力及良好的混合状态下，能够提供充足的氧以供细胞生长及细胞进行产物的合成。

 一、生物反应器分类

目前，动物细胞培养用生物反应器主要包括：转瓶培养器、塑料袋增殖器、填充床反应器、多层板反应器、螺旋膜反应器、管式螺旋反应器、陶质矩形通道蜂窝状反应器、流化床反应器、中空纤维及其它膜式反应器、搅拌反应器、气升式反应器等。 按其培养细胞的方式不同，这些反应可分为以下三类：

1.悬浮培养用反应器：如搅拌反应器、中空纤维反应器、陶质矩形通道蜂窝状反应器、气升式反应器；

2.贴壁培养用反应器：如搅拌反应器(微载体培养)、玻璃珠床反应器、中空纤维反应器、陶质矩形通道蜂窝状反应器；

3.包埋培养用反应器：如流化床反应器、固化床反应器。

二、搅拌罐生长反应器 这是Z经典、Z早被采用的一种生物反应器。此类反应器与传统的微生物生物反应器类似，真对动物细胞培养的特点，采用了不同的搅拌器及通气方式。通过搅拌器的作用使细胞和养分在培养液中均匀分布，使养分充分被细胞利用，并增大气液接触面，有利于氧的传递。现已开发的有：笼式通气搅拌器、双层笼式通气搅拌器、桨式搅拌器、海般式搅拌器等。

三、气升式生物反应器 1979年首次应用气升式生物反应器成功的进行了动物细胞的悬浮培养。气升式生物反应器的话优点：

●罐内液体流动温和均匀，产生剪切力小，对细胞损伤较小；

●可直接喷射空气供氧，因而氧传递率较高；

●液体循环量大，细胞和养分都能均匀分布于培养液中；

●结构简单，利于密封并降低了造价。 常用的气升式反应器有三种：内循环式气升式、外循环式气升式、内外循环式气升式生物反应器。

四、鼓泡式生物反应器 与气升式反应器相类似，是利用气体鼓泡来进行供氧及混合，其设计原理与气升式生物反应器也相同。

五、中空纤维生物反应器 用途较广，既可用于悬浮细胞的培养，又可用于贴壁细胞的培养。其原理是：模拟细胞在体内生长的三维状态，利用反应器内数千根中空纤维的纵向布置，提供细胞近似生理条件的体外生长微环境，使细胞不断生长。中空纤维是一种细微的管状结构，管壁为极薄的半透膜，富含毛细管，培养时纤维管内灌流充以氧气的无血清培养液，管外壁则供细胞黏附生长，营养物质通过半透膜从管内渗透出来供细胞生长；对于血清等大分子营养物，划必须从管外灌入，否则会被半透膜阻隔不能被细胞利用；细胞的代谢废物也可通过半透膜渗入管内，避免了过量代谢物对细胞的毒害作用。占地空间少；细胞产量高，细胞密度可达109数量级；生产成本低，且细胞培养维持时间长，适用于长期分泌的细胞。