植物細(xì)胞和動(dòng)物細(xì)胞和培養(yǎng)反應(yīng)器

植物細(xì)胞和動(dòng)物細(xì)胞和培養(yǎng)反應(yīng)器第1頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器

植物細(xì)胞培養(yǎng)：是指在離體條件下將愈傷組織或其他易分散的組織置于液體培養(yǎng)基中，將組織振蕩分散成游離的懸浮細(xì)胞，通過(guò)繼代培養(yǎng)使細(xì)胞增殖來(lái)獲得大量細(xì)胞群體的方法。第2頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

表1

植物細(xì)胞培養(yǎng)和從完整的植物生產(chǎn)紫草寧的比較

生產(chǎn)方式收獲時(shí)間紫草寧濃度（%干重）完整植物2-3年1-2植物細(xì)胞培養(yǎng)21天14第3頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、植物細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程的特點(diǎn)

1、培養(yǎng)液中植物細(xì)胞的特性植物細(xì)胞比微生物細(xì)胞大植物細(xì)胞通常以細(xì)胞數(shù)在2-200之間、直徑為2mm左右的非均相集合細(xì)胞團(tuán)方式存在植物細(xì)胞抗剪能力弱

第4頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、細(xì)胞培養(yǎng)液的流變學(xué)性質(zhì)

植物細(xì)胞培養(yǎng)液的粘度隨著細(xì)胞濃度的增加而顯著上升第5頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3、植物細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中的氧傳遞所有植物細(xì)胞都是好氣性的，需要連續(xù)不斷地供氧。二氧化碳的濃度對(duì)細(xì)胞的生長(zhǎng)也相當(dāng)重要。第6頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、泡沫和表面粘附性

氣泡較大，覆蓋有蛋白質(zhì)和粘多糖，粘性大，易粘附于培養(yǎng)液表面以上的器壁上

第7頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5、懸浮細(xì)胞的生長(zhǎng)與增殖

細(xì)胞數(shù)量隨時(shí)間的變化曲線呈現(xiàn)“S”形。細(xì)胞生長(zhǎng)經(jīng)歷：延遲期、對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期、直線生長(zhǎng)期、減慢期和靜止期。第8頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6、懸浮培養(yǎng)的優(yōu)點(diǎn)增加培養(yǎng)細(xì)胞與培養(yǎng)液的接觸面及時(shí)帶走培養(yǎng)物產(chǎn)生的有害代謝產(chǎn)物保證了氧的充分供應(yīng)第9頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

二、植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器

培養(yǎng)方式：懸浮培養(yǎng)和固定化細(xì)胞培養(yǎng)第10頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

1、懸浮培養(yǎng)生物反應(yīng)器

(1)機(jī)械攪拌式反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn):是能夠獲得較高的溶氧系數(shù)。缺點(diǎn):剪切力大。第11頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第12頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第13頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、固定化細(xì)胞生物反應(yīng)器

（1）填充床生物反應(yīng)器特點(diǎn)：細(xì)胞固定于支撐物表面或內(nèi)部，支撐物顆粒堆疊成床，培養(yǎng)基在床層間流動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)挝惑w積固定細(xì)胞量大。缺點(diǎn):混合效果差，使溶氧、pH、溫度控制、氣體的排出較難。第14頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

（2）流化床生物反應(yīng)器

特點(diǎn)：利用流體的能量來(lái)懸浮顆粒。

優(yōu)點(diǎn)：小顆粒傳質(zhì)特性良好。

缺點(diǎn)：剪切力和顆粒碰撞會(huì)損壞固定化細(xì)胞。第15頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第16頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第17頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

（3）膜生物反應(yīng)器

中空纖維反應(yīng)器螺線式卷繞反應(yīng)器

第18頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月中空纖維反應(yīng)器：細(xì)胞保留在管外，基質(zhì)走管內(nèi)螺旋式卷繞反應(yīng)器：將固定有細(xì)胞的膜卷成圓柱狀優(yōu)點(diǎn)：可重復(fù)使用，可以采用較厚的細(xì)胞層缺點(diǎn):

投資大第19頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器第20頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的產(chǎn)物舉例

疫苗小兒麻痹癥疫苗、狂犬疫苗、腦炎疫苗、皰疹疫苗、風(fēng)疹疫苗單克隆抗體IgG、IgM、IgA等免疫調(diào)節(jié)劑細(xì)胞生長(zhǎng)因子、干擾素、白細(xì)胞活化因子、胸腺素酶胰蛋白酶、尿激酶、膠原酶、胃蛋白酶激素生長(zhǎng)激素、促紅細(xì)胞生成素第21頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程的特點(diǎn)

動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)定義將動(dòng)物組織或細(xì)胞從機(jī)體取出，分散成單個(gè)細(xì)胞，給予必要的條件，模擬體內(nèi)生長(zhǎng)環(huán)境，使其在體外繼續(xù)生長(zhǎng)和繁殖。

第22頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、動(dòng)物細(xì)胞與微生物細(xì)胞的性質(zhì)比較性質(zhì)動(dòng)物細(xì)胞微生物細(xì)胞大小代謝調(diào)節(jié)方式營(yíng)養(yǎng)要求生長(zhǎng)速率機(jī)械強(qiáng)度環(huán)境適應(yīng)性10-100um內(nèi)部和激素苛刻倍增時(shí)間一般為12-60h很差，缺乏保護(hù)性細(xì)胞壁差10um內(nèi)部寬松，可利用多種底物倍增時(shí)間一般為0.5-2h較好好表動(dòng)物細(xì)胞與微生物細(xì)胞的性質(zhì)比較

第23頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、動(dòng)物細(xì)胞與微生物細(xì)胞的培養(yǎng)方法比較

性質(zhì)動(dòng)物細(xì)胞微生物細(xì)胞PH控制攪拌速度溶氧控制培養(yǎng)基滅菌方法培養(yǎng)時(shí)間對(duì)水純度的要求CO2—HCO3緩沖液較慢改變進(jìn)入氣體的氧濃度過(guò)濾幾天~3、4周很高添加酸、堿速度快、范圍廣改變攪拌速度、通氣量等高溫蒸煮幾小時(shí)~幾天較低表動(dòng)物細(xì)胞與微生物細(xì)胞的培養(yǎng)方法比較

第24頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

二、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)方法貼壁培養(yǎng)懸浮培養(yǎng)固定化培養(yǎng)

第25頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

1.貼壁培養(yǎng)

是指必須貼附在固體介質(zhì)表成上生長(zhǎng)的細(xì)胞培養(yǎng)。

第26頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第27頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.懸浮培養(yǎng)

是指細(xì)胞在培養(yǎng)器中自由懸浮生長(zhǎng)的過(guò)程。第28頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3.固定化培養(yǎng)

是既適用于貼壁依賴(lài)性細(xì)胞，又適用于非貼壁依賴(lài)性細(xì)胞的包埋培養(yǎng)方式。第29頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、細(xì)胞培養(yǎng)的操作方式培養(yǎng)方式分為：分批式流加式半連續(xù)式連續(xù)式灌注式第30頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

1、

分批式培養(yǎng)

分批式培養(yǎng)：指先將細(xì)胞和培養(yǎng)液一次性裝入反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)，細(xì)胞不斷生長(zhǎng)，產(chǎn)物不斷形成，經(jīng)一段時(shí)間后，終止培養(yǎng)。特點(diǎn)：分批式培養(yǎng)過(guò)程的環(huán)境隨時(shí)間變化很大細(xì)胞的生長(zhǎng)階段可分為延滯期、對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期、減速期、平穩(wěn)期和衰退期。第31頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第32頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(3)在分批培養(yǎng)過(guò)程中,與細(xì)胞的生長(zhǎng)、代謝相關(guān)的主要參數(shù)有細(xì)胞密度及其比生長(zhǎng)速率限制性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及其比消耗速率產(chǎn)物濃度及其比生長(zhǎng)速率抑制物濃度第33頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2、流加式培養(yǎng)

特點(diǎn)：可避免某種營(yíng)養(yǎng)成分的初始濃度過(guò)高；能防止?fàn)I養(yǎng)成分在培養(yǎng)過(guò)程中被耗盡；整個(gè)過(guò)程反應(yīng)體積是變化的。

培養(yǎng)過(guò)程各參數(shù)的變化可寫(xiě)為：d（VX）/dt=uVXV---培養(yǎng)液的體積；

X--為t時(shí)間時(shí)的細(xì)胞密度；

u--為細(xì)胞的比生長(zhǎng)第34頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

流加方式：

(1)無(wú)反饋控制流加

(2)反饋控制流加

第35頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、半連續(xù)式培養(yǎng)

指在分批式培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，將分批培養(yǎng)的培養(yǎng)液部分取出，并補(bǔ)充加入等量的新鮮培養(yǎng)基，使反應(yīng)器內(nèi)培養(yǎng)液的總體積保持不變。第36頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、連續(xù)式培養(yǎng)

連續(xù)式培養(yǎng)：使反應(yīng)條件處于一種恒定狀態(tài)。特點(diǎn)：細(xì)胞所處環(huán)境條件長(zhǎng)時(shí)間地穩(wěn)定第37頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

5、灌注培養(yǎng)

灌注培養(yǎng)：是把細(xì)胞接種后進(jìn)行培養(yǎng)，新鮮的培養(yǎng)液從反應(yīng)器一頭不斷加入，從另一頭不斷取出等量的培養(yǎng)液，細(xì)胞仍留在反應(yīng)器內(nèi)，使細(xì)胞處于一種營(yíng)養(yǎng)不斷的狀態(tài)。特點(diǎn)：高密度培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞第38頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖（生化生產(chǎn)工藝學(xué)P221）

第39頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第40頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

三、動(dòng)物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)反應(yīng)器第41頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第42頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、通氣攪拌式細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器

工作原理:反應(yīng)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，圓筒以30-60r/min的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，由于離心力的作用，攪拌器中心管內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，使攪拌器外培養(yǎng)基流入中心管，沿管螺旋上升，再?gòu)膶?dǎo)流筒口排出，從攪拌器外沿下降，形成循環(huán)流動(dòng)。在氣腔內(nèi)氣體由分布管鼓泡，氣體溶于液體中，依靠氣腔絲網(wǎng)外液體的循環(huán)流動(dòng)及擴(kuò)散作用，使溶于液體中的氣體成分均勻地分布到反應(yīng)器內(nèi)。第43頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月反應(yīng)器的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：避免向培養(yǎng)基直接通氣時(shí)氣泡損傷細(xì)胞，沒(méi)有移動(dòng)部件，密封好，氧轉(zhuǎn)換率較高，便于放大。缺點(diǎn)：氧傳遞系數(shù)小，氣路系統(tǒng)不能就地滅菌。

反應(yīng)器適用范圍

懸浮培養(yǎng)：非貼壁依賴(lài)性細(xì)胞和貼壁于微載體的貼壁細(xì)胞第44頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、氣升式動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器

與微生物發(fā)酵及植物細(xì)胞培養(yǎng)的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)相同。第45頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月優(yōu)點(diǎn):器內(nèi)湍流溫和均勻剪應(yīng)力小，完全密封，便于無(wú)菌操作，氧的轉(zhuǎn)換率高，便于放大生產(chǎn)。

第46頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、中空纖維細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器

1）結(jié)構(gòu)2）用途

:培養(yǎng)懸浮生長(zhǎng)的細(xì)胞和貼壁依賴(lài)性細(xì)胞

3)優(yōu)點(diǎn)培養(yǎng)器體積小，細(xì)胞密度高；濃縮產(chǎn)品；產(chǎn)物純度高；自動(dòng)化程度高，細(xì)胞生長(zhǎng)周期長(zhǎng)。4)缺點(diǎn):價(jià)格高

第47頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

(1)優(yōu)點(diǎn)培養(yǎng)器體積小，細(xì)胞密度高；濃縮產(chǎn)品；產(chǎn)物純度高；自動(dòng)化程度高，細(xì)胞生長(zhǎng)周期長(zhǎng)。(2)缺點(diǎn):價(jià)格高第48頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第49頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、微載體懸浮培養(yǎng)系統(tǒng)

微載體懸浮培養(yǎng)定義：用微珠作載體，使單層動(dòng)物細(xì)胞生長(zhǎng)于微珠表面，可在培養(yǎng)液中進(jìn)行懸浮培養(yǎng)。

微載體：貼壁培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞的載體微珠。

反應(yīng)器:可用與懸浮培養(yǎng)相同設(shè)備第50頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第51頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第52頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第53頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

優(yōu)點(diǎn)：比表面積大；生長(zhǎng)條件易控制且易放大，兼貼壁與懸浮培養(yǎng)的優(yōu)勢(shì)，取樣方便；易于分離。

第54頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

微載體懸浮培養(yǎng)反應(yīng)器應(yīng)解決的問(wèn)題：

攪拌適度，剪切應(yīng)力?。荒軡M(mǎn)足細(xì)胞所需的溶氧濃度；能?chē)?yán)格控制PH值。

微載體懸浮培養(yǎng)優(yōu)點(diǎn)：

比表面積大；生長(zhǎng)條件易控制且易放大，兼貼壁與懸浮培養(yǎng)的優(yōu)勢(shì)，取樣方便；易于分離。

第55頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5、微囊培養(yǎng)系統(tǒng)微囊技術(shù)：將生物活性物質(zhì)、完整的活細(xì)胞或組織包在薄的半透膜內(nèi)。微囊制作：將活性細(xì)胞懸浮于海藻酸鈉溶液中將活性細(xì)胞懸浮液按一定的液滴大小滴入氯化鈣溶液中形成含活細(xì)胞的凝膠小珠用半透膜材料包被，制成半透性外膜第56頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6、大載體系統(tǒng)培養(yǎng)大載體：由海藻酸鈉構(gòu)成大載體制作：配制50mmol/L氯化鈣溶液將活性細(xì)胞懸浮于低粘度的海藻酸鈉凝膠中混勻按適宜速度噴珠于氯化鈣溶液中抽出氯化鈣溶液，用生理鹽水洗2次第57頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第58頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)微藻培養(yǎng)反應(yīng)器

第59頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

一、微藻生物技術(shù)的優(yōu)越性

1、光能利用率高；2、易收獲和加工；3、商品價(jià)值高；4、繁殖快。第60頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、微藻在規(guī)模培養(yǎng)過(guò)程中的特點(diǎn)

1、光照充足，PH、溫度合適，無(wú)機(jī)碳源充足；2、強(qiáng)化二氧化碳的吸收和大量氧氣的排出；3、混合效果好；4、避免污染；5、設(shè)備防腐蝕性好。第61頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、微藻大規(guī)模培養(yǎng)反應(yīng)器

(一)敞開(kāi)式

(二)封閉式第62頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月封閉式光生物反應(yīng)器主要類(lèi)型管式、板式以及一些其他特殊類(lèi)型第63頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、管式光生物反應(yīng)器1）水平放置地面的蛇形管式光生物反應(yīng)器用有機(jī)玻璃為材料制作，管道平行排列水平放置于地面。

第64頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2）浸沒(méi)在水中冷卻的管式生物反應(yīng)器

反應(yīng)器的管道材料是聚乙烯塑料,集光管放在水池中

第65頁(yè)，課件共73頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3)

氣升式內(nèi)環(huán)流光生物反應(yīng)器

反應(yīng)器由氣升管道、下降管、除氣室、在線檢測(cè)與控制系統(tǒng)，光照、熱交換和供氣系統(tǒng)組成。

4）管道式循環(huán)磁處理光生物反