动植物细胞培养装置和酶反应器ppt课件

1、 第六章动、植物细胞培育安装和酶反响器 第一节动、植物细胞培育安装 动、植物细胞培育与微生物培育区别 ： 1、 “贴壁培育； 2、对培育基的营养要求相当苛刻 ； 3、对培育液因搅拌而产生的流体剪切力很敏感 ； 4、培育所需时间要比微生物培育长 。 5、植物细胞比微生物细胞大，生长停顿时细胞浓度高，培育液粘度大。 一、动物细胞培育安装 动物细胞培育技术的运用是多方面的。许多有重要价值的蛋白质生物制品，如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等，都可以借助于动物细胞的大规模培育来消费。用取自烧伤病人皮肤的安康细胞进展培育，可以获得大量本身的皮肤细胞，为大面积烧伤的病人移植。培育的动物细胞还可以用于检测有毒物

2、质。许多致畸、致癌物质参与培育液后，培育细胞会发生染色体构造和数目的变异。根据变异细胞占全部培育细胞的百分数，可以判别某种物质的毒性。如今动物细胞培育曾经成为检测有毒物质的快速而灵敏的有效手段。医学家培育各种正常的或病变的细胞，用于生理、病理、药理等方面的研讨，为治疗和预防疾病提供实际根据。 动物细胞培育液中通常含有葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清等。培育的动物细胞大都取自动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织，将组织取出来后，先用胰蛋白酶等使组织分散成单个细胞，然后配制成一定浓度的细胞悬浮液，再将该悬浮液放入培育瓶中，在培育箱中培育，这个过程称为原代培育。细胞在培育瓶中贴壁生长。随

3、着细胞的生长和增殖，培育瓶中的细胞越来越多，需求定期地用胰蛋白酶使细胞从瓶壁上脱离下来，配制成细胞悬浮液，分装到两个或两个以上的培育瓶中培育，这称为传代培育。1、动物细胞悬浮培育、动物细胞悬浮培育生物反响器生物反响器 生物反响器的特生物反响器的特点是搅拌桨是用尼龙点是搅拌桨是用尼龙丝编织带制成船帆形，丝编织带制成船帆形，搅拌轴也用磁力驱动搅拌轴也用磁力驱动旋转，转速为旋转，转速为2050 r/min，氧气经，氧气经过插入溶液中的硅胶过插入溶液中的硅胶管分散到培育液内，管分散到培育液内，维持液内一定的溶氧维持液内一定的溶氧程度。程度。图61 带帆形搅拌器的罐注系统培育安装图62 非贴壁依赖性细胞

4、培育中试及消费规模反响器中试及工业规模的动物细胞悬浮培育反响器混和搅拌器 2、动物细胞贴壁培育的反响器、动物细胞贴壁培育的反响器图63 培育用的滚瓶滚瓶旋转安装 磁性搅拌安装 中孔纤维培育器图64 中孔纤维培育器该安装是由中空纤维管组成，每根中空纤维管内径为200m，壁厚为5070m，中空纤维管的管壁是半透性的多孔膜，氧与二氧化碳等小分子可以自在地透过膜双向分散，而大分子的有机物那么不能透过。动物细胞贴附在中空纤维管外壁生长，可很方便地获取营养物质和溶氧。 3、动物细胞微载体悬浮培育反响器、动物细胞微载体悬浮培育反响器 微载体微载体 贴壁培育动物细胞的载体微珠称为微载体。该微珠可用交换当量低的

5、葡聚糖凝胶、聚丙烯酰胺、明胶或甲壳质等来制造，微载体球径约为40120m，经生理盐水溶胀后，其直径约60280m。用于动物细胞培育时，要求球径较为均匀，径差小于2025m。溶胀后的载体比重稍大于培育液的比重，普通要求密度在1.031.05g/mL，以便在反响器内经缓慢搅拌后，微载体能悬浮起来。 图65 动物细胞贴壁培育后的微载体显微镜照片微载悬浮培育的反响器要处理的三个关键问题： 1具有适宜的搅拌，使微载体在培育液内悬浮循环流动，而又不因过高的剪切力而使动物细胞遭到破坏。 2不能像传统发酵罐那样用空气在培育液内鼓泡充氧，而只能用特殊方式来传送氧，以满足所需求的溶氧浓度。 3在培育液中要严厉控制

6、pH值，要求pH值控制误差小于0.05。1中空纤维来作通气安装的微载体悬浮培育反响器 中空纤维来作通气安装的微载体悬浮培育反响器，其H / D约为1.21.5，培育液经过下层螺旋桨搅拌器被缓慢地搅动循环，转速可在080 r/min之间调理，使微载体在培育液中坚持悬浮形状。该反响器最大的特点是用直径为2.5mm的聚四氟乙烯中空纤维管作为通气供氧安装。 图66 带中空纤维束的动物细胞悬浮培育反响器2、气腔式动物细胞培育反响器 反响器内只需一个旋转圆筒，在圆筒上部有35个中空的导向搅拌桨叶，在圆筒外壁上用200目75m不锈钢丝网焊成一个环状气腔，气腔下面有一圈气体分布管。n 反响器运转时，圆筒由轴联

7、动一同以050r/min的转速旋转，培育液由于中空导向桨叶的搅动作用，液体与微载体的悬浮液由圆筒下部吸入，从中空导向桨叶流出，构成循环流动。在气腔内气体由分布管鼓泡，气体溶于液体中，依托气腔丝网外液体的循环流动及分散作用，使溶于液体中的气体成分均匀地分布到反响器内，运用200目75m丝网的作用是保证微载体不进入到气腔，而气泡也不流入到培育悬浮液中，防止了气泡直接与动物细胞的接触。图67 气腔式动物细胞培育反响器5升动物细胞培育反响器50升动物细胞培育反响器二、植物细胞培育反响器二、植物细胞培育反响器 通用式发酵罐、鼓泡式、气升式通用式发酵罐、鼓泡式、气升式和旋转圆筒式的生物反响器都可用于和旋转

8、圆筒式的生物反响器都可用于植物细胞培育。植物细胞培育。 n工业规模进展烟草植物细胞的延续培育安装：n植物细胞培育的强迫循环生物反响器 n气升环流式植物细胞培育反响器 n植物细胞培育的筛板塔式反响器 5升植物细胞培育反响器5升植物细胞培育反响器第二节第二节 酶反响器酶反响器一、酶反响器的类型一、酶反响器的类型 以酶作为催化剂进展反响所需的设备称为以酶作为催化剂进展反响所需的设备称为酶反响器。酶反响器根本上是游离酶、固定化酶反响器。酶反响器根本上是游离酶、固定化酶或固定化细胞催化反响的容器。酶反响器的酶或固定化细胞催化反响的容器。酶反响器的类型很多，其分类方法也不同。根据几何外形类型很多，其分类方

9、法也不同。根据几何外形和构造来分类，可分为罐型、管型、膜或片型和构造来分类，可分为罐型、管型、膜或片型几种。按进料和出料的方式可分为分批式、半几种。按进料和出料的方式可分为分批式、半分批式与延续反响器。按其功能构造可分为膜分批式与延续反响器。按其功能构造可分为膜反响器、液固反响器及气液固三相反响器三大反响器、液固反响器及气液固三相反响器三大类。类。 表表63 酶反应器形式及其特征酶反应器形式及其特征均相均相酶反酶反应器应器型式名型式名称称适用的操作方适用的操作方式式特特 征征搅拌罐搅拌罐分批，半分批分批，半分批反应器内的溶液用搅拌器机械混合反应器内的溶液用搅拌器机械混合超滤膜超滤膜反应器反应器

10、分批，半分批分批，半分批连连 续续采用如透析膜、超滤膜、中空纤维等，只允采用如透析膜、超滤膜、中空纤维等，只允许低分子化合物而酶不能通过的膜反应器，许低分子化合物而酶不能通过的膜反应器，适用于大分子底物适用于大分子底物固定固定化酶化酶搅拌罐搅拌罐分批，半分批分批，半分批连连 续续用搅拌器搅拌，固定化酶或固定化微生物粒用搅拌器搅拌，固定化酶或固定化微生物粒子悬浮在溶液中。粒子保留在槽内子悬浮在溶液中。粒子保留在槽内固定床固定床或填充或填充床床连连 续续最广泛使用的固定化酶及固定化微生物反应最广泛使用的固定化酶及固定化微生物反应器。把固定化酶或固定化微生物粒子（粒径器。把固定化酶或固定化微生物粒子

11、（粒径100m至若干毫米）填充在塔内，底物溶液至若干毫米）填充在塔内，底物溶液一般是由下向上通入一般是由下向上通入流化床流化床分批，连续分批，连续靠溶液的流动促使固定化酶或固定化微生物靠溶液的流动促使固定化酶或固定化微生物的粒子在床内激烈搅动、混合的粒子在床内激烈搅动、混合膜反应膜反应器器连连 续续膜状或者片状的固定化酶或固定化微生物反膜状或者片状的固定化酶或固定化微生物反应器。其组件形式有中空酶管、螺旋板反应应器。其组件形式有中空酶管、螺旋板反应器、旋转圆盘型、平板型等。器、旋转圆盘型、平板型等。鼓泡塔鼓泡塔分批，半分批分批，半分批连连 续续将固定化酶或者固定化微生物颗粒悬浮在鼓将固定化酶或

12、者固定化微生物颗粒悬浮在鼓泡塔中，粒子保留塔内，适用于有气体（特泡塔中，粒子保留塔内，适用于有气体（特别是别是OO2）参与的反应）参与的反应游离酶反响器游离酶反响器1搅拌罐式反响器搅拌罐式反响器 搅拌罐式反响器是目前较常运用的搅拌罐式反响器是目前较常运用的游离酶反响器。它由容器、搅拌器及游离酶反响器。它由容器、搅拌器及保温安装组成。保温安装组成。 2超滤膜酶反响器 常用的超滤膜酶反响器的构造如图614，采用这种型式的反响器时，酶处于水溶液形状。由于膜对于蛋白大分子物质是非透过性的，因此只允许小分子产物透过，而酶被截留回收重新运用，可节省用酶，特别适用于价钱较高的酶。 固定化酶反响器固定化酶反响

13、器n1搅拌罐型反响器n 有分批反响器Batch Stirred Tank Reactor，BSTR和延续流搅拌罐反响器Continuos Flow Stirred Tank Reactor，CSTR图615。这类反响器的特点是内容物的混合是充分均匀的。 n2固定床型反响器n 把颗粒状或片状等固定化酶填充于固定床也称填充床，床可直立或平放内，底物按一定方向以恒定速度经过反响床图615。 3流化床型反响器 流化床反响器简称FBR，Fluidized Bed Reactor是一种装有较小颗粒的垂直塔式反响器外形可为柱形、锥形等图615。 4膜型反响器 由膜状或板状固定化酶组装的反响器均称为膜型反响器

14、。用固定化酶膜组装成的平板状或螺旋状反响器、转盘型反响器、空心酶管和中空纤维膜反响器等都属于此类反响器。 n5鼓泡塔型反响器n 在反响中，涉及到有气体的吸收或产生，此类反响最好采用鼓泡塔型反响器，或三相硫化床反响器，其表示图如图617。把固定化酶放入反响器内，底物与气体从底部通入。 酶反响器设计和操作的参数n停留时间、 转化率、n反响器的产率Pr、 酶的用量、n反响器温度、 pH值和底物浓度,n当副反响不可忽视时，选择性Sp也是很重要的参数。决议酶反响器设计和操作性能的参数:n(1)停留时间n反响物料进入反响器时算起，至分开反响器时为止所阅历的时间。对于CSTR，常运用“平均停留时间来表达。F

15、V反响器的容积物料流入反响器中的体积流量又称空时空间时间space time，其倒数1称为空速空间速度 space velocity。(2)转化率n阐明供应反响的底物发生转变的分量00SSSt底物的初始浓度t时的底物浓度分批式操作中inoutinSSS流入反响器内的底物浓度流出液中底物的浓度延续式操作中(3)消费才干PrnPrproductivity的定义是单位时间、单位反响器体积内消费的产物量.tStPPtr0分批式操作中inoutrSPP延续式操作中Pt为时间t时单位反响液体积中产物的生成量Pout为单位体积流出液中的产物量(4)选择性Spn选择性Spselectivity是在有副反响发生

16、的复合反响中，可以转变为目的产物的底物变化总量中，实践上转变为目的产物的比率。SSaPSspp0asp是指从1mol底物S中所得到产物P的摩尔数Sp阐明了整个反应的平均选择性sppPrrrS主反响速率副反响速率瞬时或局部选择性酶反响器的选择n游离酶反响器的选择，可以采用普通生物反响器的选择要求来进展。固定化酶反响器的选择那么有更高的要求.n固定化酶反响器的选择，除同样根据运用的目的、反响方式、底物浓度、反响速率、物质传送速率和反响器制造和运转的本钱及难易等要素进展选择外，还应思索固定化酶的的外形、大小、机械强度、比重和再生或更新的难易；操作上的要求；反响动力学方式和物质传送特性、内外分散的影响

17、；底物的性质；催化剂固定化酶的外表反响器体积的比值等。固定化酶的方式颗粒状particle pellet膜状membrane，film，plate管状tubing纤维状以此为多，(外表积大)催化剂的外形，可以决议反响器的大致方式凝胶包埋法的固定化酶颗粒,有必要在床内安装筛板，将凝胶适当间隔开,防止凝胶发生紧缩和变形.n酶失活是不可防止的，所以要坚持恒定酶失活是不可防止的，所以要坚持恒定的酶活力，就必需进展催化剂的再生、的酶活力，就必需进展催化剂的再生、新催化剂的补充或改换，这就要求反响新催化剂的补充或改换，这就要求反响器应具备相应的构造。器应具备相应的构造。n底物的性质是选择反响器的另一重要要

18、底物的性质是选择反响器的另一重要要素。普通来讲，细粒状和胶状底物有能素。普通来讲，细粒状和胶状底物有能够阻塞填充柱或发生分层，这时可运用够阻塞填充柱或发生分层，这时可运用循环式反响器或流化床反响器。循环式反响器或流化床反响器。另外，在讨论反响器的价钱时，要思索到固定化酶本身的价钱有关消费问答 哪一种类型和型号的泵最适宜将酶制剂哪一种类型和型号的泵最适宜将酶制剂加注到消费工序中？加注到消费工序中？答：诺维信建议运用位移式计量泵如隔答：诺维信建议运用位移式计量泵如隔膜式、往复式或螺杆式。其型号取决于膜式、往复式或螺杆式。其型号取决于工厂的消费规模以及特定的工艺和流量。工厂的消费规模以及特定的工艺和

19、流量。诺维信技术效力小组可协助您决议应运诺维信技术效力小组可协助您决议应运用哪一种型号的泵。用哪一种型号的泵。 酶是有生命的吗，酶有危险或致敏性吗？能否有特殊酶是有生命的吗，酶有危险或致敏性吗？能否有特殊的操作要求？的操作要求？答：不是，酶没有生命。酶是蛋白质，类似于存在于答：不是，酶没有生命。酶是蛋白质，类似于存在于我们的唾液或胃内的蛋白质。它们催化特定类型的反我们的唾液或胃内的蛋白质。它们催化特定类型的反响，但酶本身不会在反响过程中耗费掉，并能一次又响，但酶本身不会在反响过程中耗费掉，并能一次又一次地催化其它反响过程。有关酶及其作用方式的大一次地催化其它反响过程。有关酶及其作用方式的大量信

20、息可在本网站中查到。您还可以阅读本网站中量信息可在本网站中查到。您还可以阅读本网站中酶酶的发现的发现网页。网页。由于酶是蛋白质，所以有潜在的致敏性，类似于花粉。由于酶是蛋白质，所以有潜在的致敏性，类似于花粉。假设操作不当，与酶反复接触，会吸入酶悬浮微粒或假设操作不当，与酶反复接触，会吸入酶悬浮微粒或粉尘，能够导致敏感和过敏。一切汽油醇用酶制剂的粉尘，能够导致敏感和过敏。一切汽油醇用酶制剂的资料数据平安表可在本网站中查到。有关产品的平安资料数据平安表可在本网站中查到。有关产品的平安操作资料可函索。操作资料可函索。 酶可以储存多久，应储存在什么条件酶可以储存多久，应储存在什么条件下？下？ 答：酶制

21、剂在不同的储存条件下答：酶制剂在不同的储存条件下(如温度如温度等等)，其活力会随时间推移逐渐丧失。假，其活力会随时间推移逐渐丧失。假设将其在设将其在5C的建议冷藏条件下储存在密的建议冷藏条件下储存在密闭的容器内，酶制剂将坚持标称活力一闭的容器内，酶制剂将坚持标称活力一年。假设在年。假设在25C下储存在清洁的储存罐下储存在清洁的储存罐内，酶制剂将坚持标称活力内，酶制剂将坚持标称活力6个月。个月。 应多久清洗一次酶制剂储存罐？应多久清洗一次酶制剂储存罐？答：剧烈建议您定期清洁您的酶制剂储答：剧烈建议您定期清洁您的酶制剂储存罐。这可防止染菌及沉淀物堵塞保送存罐。这可防止染菌及沉淀物堵塞保送管道。建议

22、至少每年进展两次彻底的清管道。建议至少每年进展两次彻底的清洁。洁。 葡萄糖异构酶的激活需求多少浓度的镁离子？葡萄糖异构酶的激活需求多少浓度的镁离子？答：葡萄糖异构酶在钙浓度低答：葡萄糖异构酶在钙浓度低(最高为最高为2ppm)时完全激活至少需求时完全激活至少需求45ppm的镁离子。钙离的镁离子。钙离子的浓度越高，那么需求添加的镁离子量越大。子的浓度越高，那么需求添加的镁离子量越大。最正确添加原那么是：最正确添加原那么是：25ppm镁离子镁离子+10X钙钙离子的实践离子的实践ppm值。参与的最小镁离子量为值。参与的最小镁离子量为45ppm。1ppm钙离子加钙离子加45ppm镁离子；镁离子；2ppm钙离子加钙离子加45ppm镁离子；镁离子；3ppm钙离