張嗣同發(fā)酵工程第八章典型發(fā)酵過(guò)程的特性與工業(yè)控制2.ppt

第二節(jié) 動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng),動(dòng)物細(xì)胞和微生物細(xì)胞的總體差異,一、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的特性 動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)是指在合適的培養(yǎng)條件下，動(dòng)物細(xì)胞離體生長(zhǎng)和增殖，并保持其特性和功能的技術(shù)，這些細(xì)胞不再形成組織。,1 細(xì)胞生長(zhǎng)緩慢，易污染，培養(yǎng)需用抗生素 2 細(xì)胞大，無(wú)細(xì)胞壁，機(jī)械強(qiáng)度低，環(huán)境適應(yīng)性差 3 需氧少，不耐受強(qiáng)力通風(fēng)與攪拌 4 群體生長(zhǎng)效應(yīng)，貼壁生長(zhǎng)（錨地依賴性） 5 培養(yǎng)過(guò)程產(chǎn)品分布細(xì)胞內(nèi)外，成本高 6 原代培養(yǎng)細(xì)胞一般繁殖50代即退化死亡,兩個(gè)專業(yè)術(shù)語(yǔ) 細(xì)胞系：首次分離組織的培養(yǎng)稱之為原代培養(yǎng)。原代培養(yǎng)物經(jīng)傳代成功后即成細(xì)胞系。 細(xì)胞株：通過(guò)選擇法或克隆形成法從原代培養(yǎng)物或細(xì)胞系中獲得的具有特殊性質(zhì)或標(biāo)記的培養(yǎng)物稱為細(xì)胞株。,細(xì)胞生長(zhǎng)的類型 貼壁依賴性來(lái)自動(dòng)物實(shí)體組織的大多數(shù)細(xì)胞需要貼壁單層生長(zhǎng)。只要它們沒(méi)有轉(zhuǎn)化為非貼壁依賴性的必須貼伏在合適的固體介質(zhì)上并鋪展，才能生長(zhǎng)。 非貼壁依賴性細(xì)胞無(wú)需貼附到固體介質(zhì)上就能生存和生長(zhǎng)的細(xì)胞。來(lái)自血液、淋巴系統(tǒng)的細(xì)胞和大多數(shù)腫瘤細(xì)胞常為非貼壁依賴性的，它們形態(tài)呈圓形。,生長(zhǎng)特性：貼壁依賴型細(xì)胞在培養(yǎng)時(shí)要貼附于培養(yǎng)（瓶）器皿壁上，細(xì)胞一經(jīng)貼壁就迅速鋪展，然后開始有絲分裂，并很快進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期。一般數(shù)天后就鋪滿培養(yǎng)表面，并形成致密的細(xì)胞單層。,貼壁培養(yǎng)的優(yōu)點(diǎn)： 容易更換培養(yǎng)液；細(xì)胞緊密黏附于固相表面，可直接傾去舊培養(yǎng)液，清洗后直接加入新培養(yǎng)液。 容易采用灌注培養(yǎng)，從而達(dá)到提高細(xì)胞密度的目的；因細(xì)胞固定表面，不需過(guò)濾系統(tǒng)。 當(dāng)細(xì)胞貼壁于生長(zhǎng)基質(zhì)時(shí)，很多細(xì)胞將更有效的表達(dá)一種產(chǎn)品。 同一設(shè)備可采用不同的培養(yǎng)液/細(xì)胞的比例。 適用于所有類型細(xì)胞。,.貼壁培養(yǎng)的缺點(diǎn)：與懸浮培養(yǎng)法相比 擴(kuò)大培養(yǎng)比較困難，投資大； 占地面積大； 不能有效監(jiān)測(cè)細(xì)胞的生長(zhǎng)；,二、細(xì)胞培養(yǎng)物的獲得 原代培養(yǎng)物 在無(wú)菌條件下，用鑷子和剪刀將切下的組織碎成小塊，再用胰蛋白酶等蛋白水解酶處理，使組織解離成單個(gè)細(xì)胞，放入培養(yǎng)容器中無(wú)菌培養(yǎng)。這種原代培養(yǎng)物中含有各種不同分化的細(xì)胞類型，它們的生長(zhǎng)速率不同，成纖維細(xì)胞最易生長(zhǎng)，常會(huì)在此后的傳代培養(yǎng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)。仔細(xì)控制培養(yǎng)基的成分，可以選擇性地支持某些細(xì)胞類型的生長(zhǎng)。,轉(zhuǎn)化細(xì)胞 正常細(xì)胞經(jīng)過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)化的過(guò)程，喪失了對(duì)生長(zhǎng)控制的敏感性。轉(zhuǎn)化伴隨著染色體模式的改變，二倍體變成異倍體。更典型的表現(xiàn)是，貼壁依賴性細(xì)胞對(duì)貼壁的依賴及細(xì)胞密度的抑制發(fā)生改變，雖然也許細(xì)胞仍需貼壁生長(zhǎng)，但可能生長(zhǎng)到不止單層。 細(xì)胞轉(zhuǎn)化有四種主要途徑：有些細(xì)胞在培養(yǎng)中自發(fā)轉(zhuǎn)化化學(xué)轉(zhuǎn)化。某些化學(xué)致癌物會(huì)增加轉(zhuǎn)化頻率病毒轉(zhuǎn)化。致瘤因子轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)化細(xì)胞由于有無(wú)限壽命，在培養(yǎng)中更易生長(zhǎng)，被廣泛用于生成生物制品，如重組蛋白藥物、病毒疫苗等。但是，人們對(duì)她們的安全性仍然非常關(guān)心，對(duì)可能造成的生物危害性進(jìn)行嚴(yán)格的檢測(cè)和控制。,腫瘤細(xì)胞 腫瘤細(xì)胞使來(lái)自于腫瘤組織的細(xì)胞或經(jīng)腫瘤細(xì)胞與其它細(xì)胞融合產(chǎn)生的細(xì)胞，如雜交瘤細(xì)胞。與轉(zhuǎn)化細(xì)胞相比，它們是惡性的，基本上是非貼壁依賴性的。腫瘤細(xì)胞有很好的增殖特性，生長(zhǎng)速率高。對(duì)生長(zhǎng)因子的依賴程度低，對(duì)培養(yǎng)環(huán)境的要求也不那么苛刻。 腫瘤細(xì)胞的致癌性是造成其難以用于體內(nèi)治療產(chǎn)品生產(chǎn)的主要原因。由于近年來(lái)分離純化技術(shù)的進(jìn)步和對(duì)這些細(xì)胞致瘤性的深刻認(rèn)識(shí)，對(duì)其在生產(chǎn)中的應(yīng)用有所松動(dòng)，如雜交瘤細(xì)胞生產(chǎn)的單克隆抗體已用于體內(nèi)治療，C127細(xì)胞生成重組蛋白的研究也形成了規(guī)模。,體外培養(yǎng)所需的一般條件 適宜的培養(yǎng)皿 血清成分 370C CO25 95100濕度 抗生素,培養(yǎng)基,培養(yǎng)基配置考慮的因素的,pH 多數(shù)細(xì)胞系在pH7.4下生長(zhǎng)得很好。一些正常的成纖維細(xì)胞系以7.47.7最好，轉(zhuǎn)化細(xì)胞系以pH7.07.4更合適。 緩沖 在高細(xì)胞密度下，轉(zhuǎn)化細(xì)胞系產(chǎn)生大量二氧化碳和乳酸，引起pH下降，需要在培養(yǎng)基中加入緩沖作用的試劑，如碳酸氫鈉、HEPES(N-2-羥乙基哌嗪-N-2-乙磺酸N-2-Hydroxyethylpiperazine-N-2-ethanesulfonic acid ),溫度 低溫下CO2溶解度增加，引起pH變化。 黏度 培養(yǎng)基的黏度主要受血清含量的影響。在攪拌條件下黏度大則細(xì)胞受損傷小。加入羧甲基纖維素或聚己烯基吡咯烷增加培養(yǎng)基黏度,細(xì)胞培養(yǎng)基的基本組成 1、水 細(xì)胞培養(yǎng)用的各種液體都要用水來(lái)配置，對(duì)水的純度要求很高。通常細(xì)胞培養(yǎng)用水的污染物標(biāo)準(zhǔn)可參考醫(yī)藥上注射用水標(biāo)準(zhǔn)，單原則上應(yīng)高于注射用水標(biāo)準(zhǔn)。 2、能源和碳源 主要是糖和糖酵解的產(chǎn)物和谷氨酰胺。細(xì)胞能用的糖主要是六碳糖，特別是葡萄糖。葡萄糖很容易被大多數(shù)細(xì)胞轉(zhuǎn)化為乳酸。昆蟲細(xì)胞更偏愛蔗糖。在多數(shù)培養(yǎng)基中谷氨酰胺作為主要的能源和碳源。使用谷氨酰胺最大的問(wèn)題是它的自發(fā)降解，降解量與時(shí)間、溫度、血清和磷酸濃度有關(guān)，降解產(chǎn)物為氨，對(duì)細(xì)胞有毒性。,3、氮源 氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本單位，也是細(xì)胞合成復(fù)雜含氮化合物的前體，還作為必不可少的能源物質(zhì)。不同種類的細(xì)胞對(duì)氨基酸的種類和濃度有不同的要求，但除了前面提到的谷氨酰胺外，還有12種氨基酸不能在細(xì)胞內(nèi)合成，必須依靠從培養(yǎng)基中攝取。幾乎所有培養(yǎng)基中都含有全部必須氨基酸，根據(jù)需要補(bǔ)充適量非必需氨基酸。非必須氨基酸含量低時(shí)常會(huì)增加必須氨基酸的消耗量。增加氨基酸的濃度可以提高培養(yǎng)的細(xì)胞密度和產(chǎn)物產(chǎn)率。,4、維生素 維生素是維持細(xì)胞正常生理狀態(tài)的一種重要生物活性化合物，在細(xì)胞中多形成酶的輔基或輔酶，對(duì)細(xì)胞的代謝過(guò)程有重要影響。,5、無(wú)機(jī)離子 無(wú)機(jī)離子分為兩組，一種是含量較高的，包括維持膜電勢(shì)的（Na+，K+），維持滲透壓平衡（Na+，Cl），作為酶的輔因子（Mg2+），促進(jìn)細(xì)胞貼附（Mg2+Ca2+），起緩沖作用（HPO42-，HCO3-）；另一種勢(shì)微量元素，如鐵、錳、鋅、鉬、硒、釩、銅。,6、脂類和磷脂前體 在使用血清的細(xì)胞培養(yǎng)中，脂類來(lái)自血清，在無(wú)血清培養(yǎng)中，有些細(xì)胞需要添加脂類，如膽固醇、脂肪酸、磷脂。特別是缺陷型細(xì)胞，對(duì)某種脂類有很高的依賴性。,非營(yíng)養(yǎng)性物質(zhì) 1、抗生素 細(xì)胞培養(yǎng)中，特別是原代細(xì)胞培養(yǎng)中，常使用抗生素抑制微生物的污染。 2、pH緩沖劑 最常用的緩沖劑是碳酸氫鈉，常用濃度26mmol/L，接近血中濃度，必須與510CO2平衡，否則培養(yǎng)基迅速變堿。HEPES是緩沖能力很強(qiáng)的化合物，但由于它相當(dāng)昂貴，細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)中很少使用。,3、酚紅 酚紅普遍作為培養(yǎng)基的pH指示劑 4、保護(hù)劑 細(xì)胞保護(hù)劑指保護(hù)細(xì)胞免受由滲透壓變化、剪切、毒性金屬和氧化劑所引起的損傷的物質(zhì)。在生物反應(yīng)器中培養(yǎng)的細(xì)胞會(huì)受到機(jī)械攪拌和氣泡運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的剪切損傷，某些大分子化合物，如甲基纖維素、葡聚糖、PEG、聚乙烯吡咯烷酮、Pluronic F68、血清白蛋白，能夠減輕這種損傷。 5、還原劑 某些還原劑在細(xì)胞培養(yǎng)中有特殊作用。巰基乙醇在雜交瘤細(xì)胞培養(yǎng)中能刺激抗體分泌，并促進(jìn)胱氨酸利用。,血清 常用的血清是小牛血清、胎牛血清、馬血清和人血清。最常用的是小牛血清。 血清是極其復(fù)雜的混合物，含有食物物質(zhì)、代謝物、激素、血漿蛋白、破碎細(xì)胞釋放物質(zhì)、采血中引入的污染物。由于歷史原因，商業(yè)培養(yǎng)基大都是按添加血清來(lái)設(shè)計(jì)的，使用血清技術(shù)也很成熟，盡管使用血清有許多缺點(diǎn)，仍將其作為細(xì)胞培養(yǎng)最重要的添加劑普遍采用。,三、細(xì)胞計(jì)數(shù)及活力測(cè)定 培養(yǎng)的細(xì)胞在一般條件下要求有一定的密度才能生長(zhǎng)良好，所以要進(jìn)行細(xì)胞計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)結(jié)果以每毫升細(xì)胞數(shù)表示。細(xì)胞計(jì)數(shù)的原理和方法與血細(xì)胞計(jì)數(shù)相同。,在細(xì)胞群體中總有一些因各種原因而死亡的細(xì)胞，總細(xì)胞中活細(xì)胞所占的百分比叫做細(xì)胞活力，由組織中分離細(xì)胞一般也要檢查活力，以了解分離的過(guò)程對(duì)細(xì)胞是否有損傷作用。復(fù)蘇后的細(xì)胞也要檢查活力，了解凍存和復(fù)蘇的效果。 用臺(tái)盼蘭染細(xì)胞，死細(xì)胞著色，活細(xì)胞不著色，從而可以區(qū)分死細(xì)胞與活細(xì)胞。利用細(xì)胞內(nèi)某些酶與特定的試劑發(fā)生顯色反應(yīng)，也可測(cè)定細(xì)胞相對(duì)數(shù)和相對(duì)活力。,四、培養(yǎng)物的污染及防止,污染途徑 1 空氣：空氣流動(dòng)性大，如果培養(yǎng)操作場(chǎng)地于外界隔離不嚴(yán)格或消毒不充分，外界不潔空氣很容易進(jìn)入造成污染。因此，培養(yǎng)設(shè)施不能設(shè)在通風(fēng)場(chǎng)所。無(wú)菌操作應(yīng)在凈化臺(tái)內(nèi)進(jìn)行，工作時(shí)要帶口罩,2 器材：各種培養(yǎng)器皿 3 操作：實(shí)驗(yàn)操作無(wú)菌觀念不強(qiáng)，技術(shù)不熟練，使用污染的器皿或封瓶不嚴(yán)等，都可以造成污染。 4 血清：有些血清在生產(chǎn)時(shí)就已經(jīng)被支原體或病毒等污染，變成了污染。 5 組織樣本：原代培養(yǎng)的污染多數(shù)來(lái)源于組織樣本；取材時(shí)碘酒消毒后脫碘不徹底，可造成碘混入組織，細(xì)胞或培養(yǎng)液中，影響細(xì)胞細(xì)胞生長(zhǎng)。,五、動(dòng)物細(xì)胞的大規(guī)模培養(yǎng),（一）培養(yǎng)環(huán)境,1、溫度 溫度是細(xì)胞在體外生存的基本條件之一，來(lái)源不同的動(dòng)物細(xì)胞，其最適的生長(zhǎng)溫度不同。例如昆蟲細(xì)胞的 最適溫度是25280C，人和哺乳動(dòng)物細(xì)胞的最適溫度是370C，細(xì)胞代謝強(qiáng)度與溫度成正比，超出最適溫度范圍，細(xì)胞的正常代謝和生長(zhǎng)將會(huì)受到影響，甚至導(dǎo)致死亡。,2、pH,大規(guī)模培養(yǎng)時(shí)影響培養(yǎng)液的pH穩(wěn)定性的主要因素有三種： （1）緩沖液的緩沖能力及種類 （2）對(duì)流空間大小 （3）葡萄糖濃度 培養(yǎng)液中正常的緩沖系統(tǒng)是NaHCO3/CO2系統(tǒng)，它是一種弱緩沖系統(tǒng)，其pK為6.1，低于生理學(xué)最佳要求。這種緩沖系統(tǒng)要求在培養(yǎng)液上面的對(duì)流空間加入CO2以防止它的丟失及增加羥基離子。,也可使用磷酸緩沖液，但磷酸對(duì)動(dòng)物細(xì)胞有毒害作用。HEPES生物緩沖劑也曾被加入NaHCO3/CO2緩沖系統(tǒng)中，這是由于HEPES的pK為7.0，HEPES被加入后，其緩沖能力為pH6.87.2。但是當(dāng)HEPES濃度高于25mmol/L時(shí)，它對(duì)大多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞都有毒害作用。,動(dòng)物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)時(shí)常有幾種方法來(lái)調(diào)節(jié)培養(yǎng)液中的pH： （1）在培養(yǎng)基中添加NaHCO3作為緩沖劑及通入含CO2的空氣進(jìn)行調(diào)節(jié),（2）用0.1mol/LNaON或0.1mol/LHCl進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)要求低攪拌和弱混合，利用NaOH或HCl進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)會(huì)發(fā)生局部過(guò)酸或過(guò)堿的現(xiàn)象，從而對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生毒性作用，因此這種調(diào)節(jié)方法在動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)不太合適。通常通過(guò)調(diào)節(jié)培養(yǎng)基中NaHCO3用量及通氣中CO2濃度來(lái)控制發(fā)酵過(guò)程的pH。,3、溶解氧,大規(guī)模培養(yǎng)中如何提供足夠的氧是非常重要的。通氣得得目的有兩個(gè)：一是提供細(xì)胞代謝所需的足夠的氧；二是使發(fā)酵液處于均勻懸浮狀態(tài)，有利于傳質(zhì)過(guò)程。,（三）培養(yǎng)容器 1、多孔板、Petri培養(yǎng)皿和組織培養(yǎng)方瓶都是常用的靜止培養(yǎng)容器，體積小，操作方便，很容易放入培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)。 2、滾瓶 也是一種重要的培養(yǎng)容器，培養(yǎng)時(shí)放在滾瓶機(jī)上緩慢滾動(dòng)，但培養(yǎng)條件很接近于靜止培養(yǎng)。它體積交大，接種后放入溫室或?qū)ｉT的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。培養(yǎng)依賴性貼壁培養(yǎng)細(xì)胞時(shí)，需加入微載體以增加培養(yǎng)表面積。 3、生物反應(yīng)器是大規(guī)模培養(yǎng)中最重要的培養(yǎng)設(shè)備。它有各種不同形式，容積可以從1升到幾十立方米。,微載體 微載體是指直徑在60250m、適合于動(dòng)物細(xì)胞貼附和生長(zhǎng)的微珠。微載體法培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞有很多好處;可在反應(yīng)器中提供大的比表面積可采用均勻懸浮培養(yǎng)，簡(jiǎn)化了各種環(huán)境因素的檢測(cè)和控制，提高了培養(yǎng)系統(tǒng)的重演性可用普通顯微鏡觀察細(xì)胞在微載體上的生長(zhǎng)情況容易放大適合于多種貼壁依賴性細(xì)胞培養(yǎng)容易收獲細(xì)胞。微載體培養(yǎng)系統(tǒng)的缺點(diǎn)是：細(xì)胞生長(zhǎng)在微載體表面，易受到剪切損傷，不適合貼壁不牢的細(xì)胞生長(zhǎng)微載體價(jià)格較貴，一般不能重復(fù)使用需要較高的細(xì)胞接種量。,懸浮培養(yǎng),懸浮培養(yǎng)指細(xì)胞在培養(yǎng)容器中自由懸浮生長(zhǎng)的過(guò)程，主要用于非貼壁依賴性細(xì)胞的培養(yǎng)，如雜交瘤細(xì)胞等。動(dòng)物細(xì)胞懸浮培養(yǎng)與微生物過(guò)程比較接近，但由于動(dòng)物細(xì)胞對(duì)攪拌和通氣造成的流體剪切很敏感，在反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和操作上又有特殊要求如利用螺旋帶葉輪減小生物反應(yīng)器培養(yǎng)過(guò)程中的剪切作用，并通過(guò)表面充氣及誘導(dǎo)表面氣泡產(chǎn)生 具有雙層濾網(wǎng)的新型攪拌器，它提高了氧傳遞速率,目前，動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)用生物反應(yīng)器主要包括：轉(zhuǎn)瓶培養(yǎng)器、塑料袋增殖器、填充床反應(yīng)器、多層板反應(yīng)器、螺旋膜反應(yīng)器、管式螺旋反應(yīng)器、陶質(zhì)矩形通道蜂窩狀反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器、中空纖維及其它膜式反應(yīng)器、攪拌反應(yīng)器、氣升式反應(yīng)器等。,細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)生物反應(yīng)器,氣升式生物反應(yīng)器 氣升式生物反應(yīng)器與其它反應(yīng)器相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部件，細(xì)胞損傷率低，減少了污染的機(jī)會(huì)；產(chǎn)生的湍動(dòng)溫和而均勻，剪切力相當(dāng)?。划?dāng)大容易；直接通氣供氧，氧傳遞速率高，供氧充分；液體循環(huán)量大，細(xì)胞和營(yíng)養(yǎng)成分混合均勻。存在問(wèn)題：由于液體混合的能量唯一來(lái)自通入的氣體，因而通氣量大，泡沫多，而且氣泡破碎造成嚴(yán)重的細(xì)胞機(jī)械損傷,通氣攪拌生物反應(yīng)器,根據(jù)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的特點(diǎn)，要求攪拌器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)混合性能好，產(chǎn)生的剪切力小，氣泡產(chǎn)生的不利影響小。設(shè)計(jì)有多種形式的攪拌器，應(yīng)用最多的是籠式攪拌器。,籠式攪拌器有兩個(gè)由200目不銹鋼絲網(wǎng)圍成的籠式腔。下部的是通氣腔，上部的是消泡腔，之間有細(xì)管相通。氣體交換在通氣腔內(nèi)進(jìn)行，其中的液體通過(guò)絲網(wǎng)與腔外的液體進(jìn)行交換。在氣體鼓泡中形成的泡沫經(jīng)細(xì)管進(jìn)入消泡腔，經(jīng)絲網(wǎng)破碎分成氣液兩部分，既做到深層通氣，又避免泡沫在反應(yīng)器中積累。,攪拌器有三個(gè)導(dǎo)流筒，與攪拌器中心的垂直空腔相通，當(dāng)導(dǎo)流筒隨攪拌器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于離心力的作用，攪拌器中心的空腔產(chǎn)生負(fù)壓，使培養(yǎng)基從底部吸入，沿空腔螺旋式上升，再?gòu)娜齻€(gè)導(dǎo)流筒排出，繞攪拌器外緣螺旋式下降。懸浮細(xì)胞或貼附有細(xì)胞的微載體的密度接近于培養(yǎng)基，被培養(yǎng)基所裹脅，反復(fù)循環(huán)，充分混合。 在微載體法培養(yǎng)貼壁動(dòng)物細(xì)胞時(shí)，一般攪拌轉(zhuǎn)速在3060r/min范圍內(nèi)，混合時(shí)間為1224s。,中空纖維生物反應(yīng)器 用途較廣，既可用于懸浮細(xì)胞的培養(yǎng)，又可用于貼壁細(xì)胞的培養(yǎng)。其原理是：模擬細(xì)胞在體內(nèi)生長(zhǎng)的三維狀態(tài)，利用反應(yīng)器內(nèi)數(shù)千根中空纖維的縱向布置，提供細(xì)胞近似生理?xiàng)l件的體外生長(zhǎng)微環(huán)境，使細(xì)胞不斷生長(zhǎng)。中空纖維是一種細(xì)微的管狀結(jié)構(gòu)，管壁為極薄的半透膜，富含毛細(xì)管，培養(yǎng)時(shí)纖維管內(nèi)灌流充以氧氣的無(wú)血清培養(yǎng)液，管外壁則供細(xì)胞黏附生長(zhǎng)，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通過(guò)半透膜從管內(nèi)滲透出來(lái)供細(xì)胞生長(zhǎng)；對(duì)于血清等大分子營(yíng)養(yǎng)物，劃必須從管外灌入，否則會(huì)被半透膜阻隔不能被細(xì)胞利用；細(xì)胞的代謝廢物也可通過(guò)半透膜滲入管內(nèi)，避免了過(guò)量代謝物對(duì)細(xì)胞的毒害作用。,優(yōu)點(diǎn)是： 占地空間少； 細(xì)胞產(chǎn)量高，細(xì)胞密度可達(dá)109數(shù)量級(jí)； 生產(chǎn)成本低，且細(xì)胞培養(yǎng)維持時(shí)間長(zhǎng)，適用于長(zhǎng)期分泌的細(xì)胞。,細(xì)胞生物反應(yīng)器的控制系統(tǒng),由動(dòng)物細(xì)胞的特性所決定，細(xì)胞培養(yǎng)不能沿用微生物發(fā)酵過(guò)程中常用的手段，安全而有效地方法是高便通入培養(yǎng)罐內(nèi)氣體中的氧氣和氮?dú)獾谋壤齺?lái)實(shí)現(xiàn)控制溶氧值的目的， 采用二氧化碳/碳酸氫鈉緩沖液系統(tǒng)來(lái)控制培養(yǎng)液的pH值，它主要是靠預(yù)先加入培養(yǎng)基液中適量的碳酸氫鈉和通過(guò)改變氣體流量中的二氧化碳含量來(lái)實(shí)現(xiàn)。,生物反應(yīng)器中的細(xì)胞培養(yǎng)模式,分批培養(yǎng) 分批培養(yǎng)是指將細(xì)胞和培養(yǎng)基一次性裝入反應(yīng)器內(nèi)，進(jìn)行培炎，細(xì)胞不斷生長(zhǎng)，產(chǎn)物也不斷形成，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間反應(yīng)后，將整個(gè)反應(yīng)系取出。,流加培養(yǎng) 流加培養(yǎng)是指先將一定量的培養(yǎng)液裝入反應(yīng)器，在適宜條件下接種細(xì)胞，進(jìn)行培養(yǎng)，細(xì)胞不斷生長(zhǎng)，產(chǎn)物也不斷形成。隨著細(xì)胞對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的不斷消耗，新的營(yíng)養(yǎng)成分不斷補(bǔ)充至反應(yīng)器內(nèi)，使細(xì)胞進(jìn)一步生長(zhǎng)代謝。到反應(yīng)終止時(shí)，取出整個(gè)反應(yīng)系。,半連續(xù)培養(yǎng) 半連續(xù)培養(yǎng)又稱為反復(fù)分批培養(yǎng)或換液培養(yǎng)，是指在分批培養(yǎng)的基礎(chǔ)上不全部取出反應(yīng)系，剩余部分重新補(bǔ)充新的營(yíng)養(yǎng)成分，在按分批培養(yǎng)的方式進(jìn)操作。這是反應(yīng)器內(nèi)培養(yǎng)液體積保持不變的操作方式。,連續(xù)培養(yǎng) 連續(xù)培養(yǎng)是指將細(xì)胞種子和培養(yǎng)液一起加入反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)，一方面新鮮培養(yǎng)液