细胞培养发酵罐技术工艺介绍

细胞培养发酵罐是服务于微生物发酵过程的设备，在细胞培养、蛋白表达、生化研究、制药等领域发挥着重要作用。与培养皿不同，生物技术中的发酵罐体积较大，可进行大规模、高密度、连续发酵，并具备自动化管理和数据收集功能，大大减轻了人工操作的负担。

细胞培养发酵罐 指培养植物、动物及菌体产品的设备或系统，主要用于动植物细胞培养、微生物培养、转基因药物工程等，目前在生命科学及生物制药领域有较多应用。

In the actual process, “cell culture” now more refers to the cultivation of cells from multi -cell nuclear creatures, especially animal cells, plant cells, and tissue engineering. Although it can be called a cell culture fermenter, the equipment configuration of the cultivation is still very different.

1. 哺乳动物细胞培养发酵罐

哺乳动物细胞培养中典型的需氧量比微生物中的需氧量低10～50倍，但细胞对剪切应力非常敏感，不仅搅拌的剪切力大，甚至会造成细胞死亡。这些特点对哺乳动物细胞培养发酵罐的设计和操作施加了许多特定的限制。因此，在选择和优化发酵罐的设计时，不仅要考虑搅拌、气流分布，还要考虑包括培养源等在内的其他因素，尽可能为哺乳动物细胞培养创造最优化的条件。

2. 非哺乳动物细胞培养发酵罐

非哺乳动物细胞培养包括植物细胞培养、昆虫细胞培养、细菌和酵母培养、病毒培养等。细菌和酵母的培养已在多章中提到，在此不再赘述。

病毒培养需要培养需要培养哺乳动物、植物、细菌等作为宿主生长和复制的细胞。昆虫细菌培养是生物制药的新兴技术，目前已有100多种昆虫细胞可用于重组蛋白质的生产，如来自家蚕、果蝇等细胞。植物细胞培养通常是以细胞悬浮培养的形式在液体培养基中生长，或者以愈合组织培养液的形式在固体培养基中生长。

近十余年来，基因工程重组的产业化进程推动了生物技术中发酵罐的快速发展，以细胞培养发酵罐为主，发酵罐已发展出许多不同类型的新型生物反应器，如：霍尼韦尔纤维管发酵罐、气升式发酵罐、无泡沫搅拌发酵罐和透析发酵罐等。

以下是两种重要的动物细胞培养发酵罐：

搅拌槽生物反应器

搅拌槽生物反应器通过搅拌浆料提供混合动力，具有操作范围大、混合性好、浓度均匀等特点，因此在生物技术中发酵罐中应用最为广泛的就是它。动物细胞培养发酵罐中的搅拌槽生物反应器经过改进，包括改进供氧方式、搅拌浆料形式、在发酵罐中增加辅助补贴等。各种动物细胞培养发酵罐的生物反应器的主要区别在于搅拌器的结构。

这些搅拌器主要有棒状、桨状、筒状等形状，搅拌方式主要有面搅拌、深搅拌、气流搅拌等；动力源有磁力驱动或电动驱动。

气升式发酵罐

气升式发酵罐也是实现动物细胞高密度培养的常用设备之一，特别是结合敏感细胞的培养。气升式发酵罐与搅拌槽式生物反应器相比，动作温顺平均，剪切力小；设备内无机械运动部件，因此细胞控制率相对较低；发酵速率高；大量的液体循环，使细胞和营养物质能够均匀分布在培养基中。

细胞培养发酵罐与细菌发酵罐的区别

• 搅拌桨：细胞耐受性较低，所以细胞培养发酵罐的搅拌桨是专门的专利产品，比如NBS生物反应器里面就有5种搅拌桨，搅拌桨的搅拌功率也较小；
• 通气：细胞培养发酵罐必须具备4种气体（空气、氧气、氮气）及二次切换、气体分配器及搅拌桨设计。无气泡通气环装置，避免气泡破裂产生的剪切力对细胞的损伤；细胞受剪切力的影响，所以细胞培养发酵罐通气量必须小，且分布必须均匀；
• 密闭性：动物细胞需要靠壁培养，所以很多细胞培养发酵罐都是采用单片机控制的，由于细胞培养周期长，所以需要发酵的气浓度要比微生物高；
• 控制器：细胞培养周期比较长，对控制器的稳定性（故障率低）和精确度要求较高，为了防止对细胞的损伤，植物细胞培养一般都有光源的设置，对设备的要求比较高，要配备较多的设备；
• 旋转分离器：由于细胞培养周期较长，产生的代谢废物多影响细胞生长。因此一般采用灌溉培养，不断排出旧培养基，补充新鲜培养基。此时即可。

细胞培养发酵罐 是实现细胞大规模培养的枢纽和核心设备，也是生物技术中发酵罐的热门产品，为细胞生长提供适宜的环境，关系到细胞培养的质量和产量，在技术研究中占有举足轻重的地位，对实现大规模工业化生产具有重要意义。针对细胞的培养特点，剪切力小、转运性好、液体力学是细胞培养发酵罐设计或改进必须遵循的原则。