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生物反应器放大时需要考虑哪些因素呢?

点击次数:274 发布时间:2019-10-14
   利用生物反应器悬浮培养细胞生产抗体抗原等产物是生物制品的核心技术,结合筛选驯化的高表达细胞株和精细化工艺控制培养过程,从而提高生产效率、产品质量和降低成本,但目前国内生物反应器在大规模应用上仍处于起步阶段,随着现代生物技术发展,利用生物反应器进行生物制品生产是行业发展的必然趋势。
  生物反应器一般为圆柱体,安装有搅拌器、夹套和绝缘层,大小从几升到几千升不等,罐体夹套用于维持zui佳培养温度。由于通气、搅拌及泡沫的影响,罐体中液位以上的顶部空间常为工作体积的 20~30%;为满足在线灭菌的要求,生物反应器设计压力为-1~3bar,工作温度为143℃;设备内表面抛光度为电抛光Ra<0.4μm,以保证产品接触表面易于清洗;罐体的开孔数量、位置与类型取决于培养过程的原辅料添加(酸碱度、温度控制媒介、消泡剂和培养基等)和总预期的仪表控制(压力、液位、温度、pH和O2探头等)。
  高径比是罐体工作高度与内径的比例,大的高径比意味着更优的氧和热传递。耗氧发酵每分钟需要消耗大约液体体积1~1.5倍体积的气体,因此,要求罐体宽高比大于1.5,而且为了达到高的氧传递,搅拌系统一般选用多个叶轮,较低位置的叶轮用于产生径向流并保证足够的剪切分散空气气泡;上部的叶轮能产生轴向流并进行大工作量的搅拌。通常,底部与上部叶轮之间的距离为罐体直径的2/3。为产生适合大量搅拌的轴向流,以及由于细胞敏感性限制的低剪切力,细胞生物反应器的罐体高径比要求为1:1,搅拌系统需选用单一的叶轮。
  摄氧速率(OUR)是指维持细胞生长及单位细胞量必需的氧气量,OUR可以通过实验获得。首先测量饱和发酵培养基中溶解氧,然后测量微生物耗完氧气的速率;氧传递速率(OTR)是指氧气由气相传递至液相的速率。通常情况下,生物反应器的设计要求能提供足够的氧,而没必要在必需时给生物体(尤其是在指数生长期)提供大的氧气量。由于OTR受搅拌程度和通气量的影响,因此,在生物反应器放大时需要考虑如下几个因素:
  通气量:如果空气中氧含量低于21%,可以输入纯氧作为气源;
  搅拌功率:加大输入功率可以保证更多的氧由气相传递至液相;
  压头:压头增加可以增加OTR,同时还能避免泡沫的产生;
  分布器的类型和位置:安装于低叶轮下面的分布器可向生物反应器中输入空气或无菌气体,其zuijia的安装位置为叶轮直径的3/4,如果分布器的位置距离叶轮太远,空气气泡就会在散开之前重新聚合。
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