设备教案(10)动物细胞反应器

1、1第六章第六章 动物细胞反应器动物细胞反应器 李平李平2教学目标教学目标 动物细胞培养装置主要有哪些类型，简述动物细胞培养装置主要有哪些类型，简述其结构、工作原理及特点其结构、工作原理及特点 比较动物细胞与植物细胞、微生物培养的比较动物细胞与植物细胞、微生物培养的区别区别3动物细胞动物细胞(animal cell)反应器反应器 1、离体培养、离体培养 2、动物细胞与植物细胞、微生物的区别、动物细胞与植物细胞、微生物的区别 3、根据培养特性分类、根据培养特性分类 悬浮培养（非贴壁依赖型）悬浮培养（非贴壁依赖型） 贴壁依赖型贴壁依赖型4动物细胞与植物细胞、微生物的区别动物细胞与植物细胞、微生物的区

2、别微生物微生物细胞细胞动物动物细胞细胞植物植物细胞细胞在液体中的在液体中的生长生长悬浮生长悬浮生长多为多为“贴壁贴壁培养培养”可悬浮，常可悬浮，常聚集成团聚集成团营养要求营养要求简单简单极复杂极复杂复杂复杂对环境的敏对环境的敏感性感性一般耐受一般耐受范围较大范围较大极敏感极敏感（pH、T、DO）耐受范围较耐受范围较大大对流体剪切对流体剪切力的敏感性力的敏感性低低极高极高高高生长速率生长速率较快较快慢慢慢慢5动物细胞悬浮培养生物反应器动物细胞悬浮培养生物反应器 少数细胞如鼠类肿瘤细胞可少数细胞如鼠类肿瘤细胞可通气搅拌通气搅拌悬悬浮培养浮培养问题问题2、通气、搅拌引起泡沫过多，给操作带来困难。、通

3、气、搅拌引起泡沫过多，给操作带来困难。（培养液中含有动物血清等高蛋白组分（培养液中含有动物血清等高蛋白组分)1、搅拌剪切力太大（动物细胞缺乏细胞壁保护）、搅拌剪切力太大（动物细胞缺乏细胞壁保护）6带帆形搅拌器的灌注带帆形搅拌器的灌注(perfusion)系统系统实验室规模培养装置实验室规模培养装置7带帆形搅拌器的灌注带帆形搅拌器的灌注(perfusion)系统系统特点特点1、搅拌浆搅拌浆是用尼龙丝编织带制成的船帆形是用尼龙丝编织带制成的船帆形2、磁力磁力搅拌搅拌3、维持、维持溶氧溶氧(DO)：氧气通过插入溶液中的硅：氧气通过插入溶液中的硅胶管扩散到培养液内。胶管扩散到培养液内。4、灌注灌注系统

4、（流加系统）：新鲜培养液连系统（流加系统）：新鲜培养液连续流加，流出的培养液通过旋转过滤器分离续流加，流出的培养液通过旋转过滤器分离细胞后被排除的培养系统。细胞后被排除的培养系统。8中试及工业规模的反应器中试及工业规模的反应器 1、搅拌、搅拌(agitation)：2、通气、通气(aeration)：螺旋桨式取代圆盘蜗轮式，使剪切力减小螺旋桨式取代圆盘蜗轮式，使剪切力减小扩散渗透通气装置取代传统的通气管扩散渗透通气装置取代传统的通气管910动物细胞动物细胞贴壁培养贴壁培养反应器反应器单层培养（贴壁培养）单层培养（贴壁培养）细胞在载体表面生长并扩展成单一层细胞在载体表面生长并扩展成单一层传统装置

5、传统装置滚瓶滚瓶（缺点为生产能力低，劳动强度大）缺点为生产能力低，劳动强度大）11中空纤维培养装置中空纤维培养装置 1、组成、组成由中空纤维管组成，由中空纤维管组成，管壁为半透性多孔膜管壁为半透性多孔膜小分子小分子自由双向扩散自由双向扩散大分子大分子 不能通过不能通过 2、培养、培养动物细胞贴附在中空纤维管动物细胞贴附在中空纤维管外壁外壁上生长，方便获取营养上生长，方便获取营养物质和溶氧。物质和溶氧。3、优点、优点生产能力高生产能力高4、缺点、缺点染菌后无法再生染菌后无法再生1213动物细胞动物细胞微载体悬浮培养微载体悬浮培养反应器反应器 用用微珠做载体微珠做载体，使单层动物细胞生长于微，使单

6、层动物细胞生长于微珠表面，可在培养液中进行悬浮培养。这珠表面，可在培养液中进行悬浮培养。这种方法将种方法将单层单层培养和培养和悬浮悬浮培养结合起来。培养结合起来。1、设计原理、设计原理14动物细胞动物细胞微载体悬浮培养微载体悬浮培养反应器反应器 2、微载体、微载体 材料材料 要求要求贴壁培养动物细胞的载体微珠贴壁培养动物细胞的载体微珠交换当量低的葡聚糖凝胶、聚丙烯酰胺、明交换当量低的葡聚糖凝胶、聚丙烯酰胺、明胶或甲壳质胶或甲壳质（1）球径均匀）球径均匀（2）溶胀后的载体相对密度稍大于培养液）溶胀后的载体相对密度稍大于培养液的相对密度（搅拌后能悬浮）的相对密度（搅拌后能悬浮）15 3 、微载体悬

7、浮培养反应器需解决的问题、微载体悬浮培养反应器需解决的问题：动物细胞动物细胞微载体悬浮培养微载体悬浮培养反应器反应器 （1）具有合适的搅拌：）具有合适的搅拌： 使微载体能悬浮循环流动，剪切力不能太高。使微载体能悬浮循环流动，剪切力不能太高。（2）传氧）传氧 不能鼓泡传氧不能鼓泡传氧（3）严格控制）严格控制pH 误差小于误差小于0.0516带中空纤维束带中空纤维束的动物细胞微载体的动物细胞微载体悬浮培养反应器悬浮培养反应器 1、搅拌、搅拌 2、传氧、传氧培养液被下层螺旋桨搅拌器缓慢搅动循环，使培养液被下层螺旋桨搅拌器缓慢搅动循环，使动物细胞微载体在培养液中保持悬浮状态。动物细胞微载体在培养液中保

8、持悬浮状态。用直径为用直径为2.5的聚四氟乙烯中空纤维管为通气供的聚四氟乙烯中空纤维管为通气供氧装置氧装置优点优点：空气在管内，氧分子通过半透性的管壁溶：空气在管内，氧分子通过半透性的管壁溶透到培养液中，透到培养液中，不产生气泡不产生气泡1718气腔式气腔式动物细胞微载体悬浮培养反动物细胞微载体悬浮培养反应器应器 1、结构：、结构：反应器内只有一个旋转圆筒，圆筒上部有反应器内只有一个旋转圆筒，圆筒上部有3-5个个中空的导向搅拌浆叶，圆筒外壁有环状气腔中空的导向搅拌浆叶，圆筒外壁有环状气腔（200目不锈钢丝网焊成的），气腔下面有一圈目不锈钢丝网焊成的），气腔下面有一圈气体分布管气体分布管1920

9、气腔式气腔式动物细胞微载体悬浮培养反动物细胞微载体悬浮培养反应器应器 2、循环流动：、循环流动：圆筒与轴联动一起旋转。培养液由于中空导向搅圆筒与轴联动一起旋转。培养液由于中空导向搅拌浆叶的搅拌作用，液体与微载体的悬浮液由圆筒拌浆叶的搅拌作用，液体与微载体的悬浮液由圆筒下部吸入，从中空导向浆叶流出，形成大循环下部吸入，从中空导向浆叶流出，形成大循环21 3、气体分布、气体分布气腔式气腔式动物细胞微载体动物细胞微载体悬浮培养反应器悬浮培养反应器 气体在气腔内，由分布管鼓泡，溶于液体中气体在气腔内，由分布管鼓泡，溶于液体中（DO），），靠气腔丝网外液体的循环流动、扩靠气腔丝网外液体的循环流动、扩散作

10、用，使溶于液体中的气体成分均匀分布散作用，使溶于液体中的气体成分均匀分布 4、丝网作用、丝网作用保证微载体不进入气腔，气泡不流入到培养液保证微载体不进入气腔，气泡不流入到培养液中，避免了气泡与动物细胞直接接触中，避免了气泡与动物细胞直接接触 5、混合气体调气系统、混合气体调气系统自动控制控制自动控制控制DO、pH22锥形锥形动物细胞微载体动物细胞微载体悬浮培养反应器悬浮培养反应器 组成及原理：组成及原理：外壳为圆锥形筒体，圆锥形筒体内装有一个可旋外壳为圆锥形筒体，圆锥形筒体内装有一个可旋转的塑料丝网气腔，气腔尖端有螺旋浆搅拌器，转的塑料丝网气腔，气腔尖端有螺旋浆搅拌器，靠螺旋浆的翻动，使培养液循环流动。气腔内有靠螺旋浆的翻动，使培养液循环流动。气腔内有气体鼓泡管，调气系统，维持气体鼓泡管，调气系统，维持DO、pH2324总结总结动物动物细胞细胞培养培养装置装置