20151102NBS生物反应器介绍

1．生物细胞反应器的设计、选用及放大的原则生物反应器是利用酶或生物体（如微生物）所具有的生物功能，在体外进行生化反应的装置系统。

采用活细胞(包括微生物、动植物细胞)作为生物催化剂的生物反应过程称为发酵过程或细胞培养过程。

利用生物工程技术进行生产的过程统称为生物反应过程。

生物反应器的作用是为细胞代谢提供一个适宜的物理及化学环境，使细胞能更快更好地生长，并得到更多需要的生物量或代谢产物。

一个优良的生物反应器应具备：严密的结构；良好的液体混合性能；较高的传质、传热性能；配套而又可靠的检测和控制仪表。

生化反应与一般化学反应的不同主要在于其反应皆由生物催化剂-酶来催化的。

决定了酶反应必须在比较温和的条件下进行，也就是在接近中性的pH、较低的温度及近似细胞生理条件下进行。

生物的酶系是非常复杂的，在活细胞中它们是相互协调而处于最优化的状态，故活细胞常被用来合成一些代谢产物如多糖及蛋白质等。

由于反应的环境会随着时间的进程而改变，就产生了一个如何控制反应过程使其最优化的问题。

对生长细胞来说，要考虑到如何维持发酵的最佳条件，主要包括细胞营养、代谢的调控以及反应产物的干扰。

由于酶作用对底物的高度特异性，它可以定向的产生一些用一般化学方法难以甚至无法得到的产品。

大多数生化反应都在水相中进行，相对来说产物浓度较低，这就产生了一个产物回收工艺及成本的问题。

生物反应器设计的主要目标是使产品的质量高、成本低。

生物反应器处于生物过程的中心，是影响整个过程的经济效益的一个重要方面，其中生物反应器的节能是设计的一个重要因素。

生物反应器设计应具有以下一些原则：在培养系统的已灭菌部分与未灭菌部分之间不能直接连通；尽量减少法兰连接，因为设备震动和热膨胀，会引起法兰连接外移位，从而导致污染；在可能的条件下，应采用全部焊接结构，所有焊接点必须磨光，消除蓄积耐灭菌的固体物质的场所；防止死角、裂缝等情况；某些部分应能单独灭菌；易于维修；反应器可保持小的正压；与发酵罐相通的任何连接都应蒸汽密封，如采样口的阀门在不使用时，其出口处应有流动蒸汽通过；发酵罐应始终保持在正压以排除渗漏；几乎所有的发酵罐都由玻璃或不锈钢制成。

生物反应器的研究及应用生物反应器是一种生化过程发生的器具，可以用于细胞培养、微生物发酵、酶反应、蛋白质合成等各种生物学和化学实验中。

相对于传统的实验方法，生物反应器可以在比较短的时间内进行复杂的反应，控制反应参数，更好地模拟生物体内的环境，并且可以批量化生产，具有广泛的应用前景。

一、生物反应器的概述生物反应器是一种器具，通常由反应釜、联接管道、控制系统等部件组成。

生物反应器的核心是反应釜，釜内的容积可以根据需要调节，并通过控制温度、氧气和营养液等反应参数，达到模拟生物体内环境的目的，从而促进生化反应的进行。

生物反应器按照反应方式可分成静态反应器和动态反应器两种类型。

其中，静态反应器主要用于培养细胞和组织工程，包括完整的器官和组织构建；而动态反应器则更加灵活，可以控制多种参数的变化，因此可以用于微生物、动物细胞和植物细胞等方面的实验。

二、生物反应器的运作原理生物反应器将反应物料混合在反应釜中，并对反应釜中的环境进行调节，例如糖、氨基酸、脂肪酸、酒精、维生素、激素和外在压力等。

通常，生物反应器的目标是允许细胞或微生物在温度、pH值和气压等控制的环境下生长和繁殖。

生物反应器在运行过程中需要严格控制参数，如温度、氧气、营养液的流速等。

这些参数可通过传感器和控制器进行精确的调节，以便维持反应体系的状态，从而促进反应的进行。

三、生物反应器的应用生物反应器是一种重要的研究工具，可用于各种生物学和化学实验。

特别是在医学和生物技术领域中应用广泛，一些具有临床前景的新药物、生物材料和基因工程产品的开发也需要借助于生物反应器。

在医学方面，生物反应器可以用于实验室的细胞培养，可以培养出大量、完整的、在外部环境下无法维持的组织，可以进一步进行细胞生物学、组织学和生理学研究，探索人体生物化学反应的机制。

生物反应器也可以用于生物制药的生产，如异肉病毒疫苗、人血促性腺激素、血液凝固因子等生物技术产品，可通过生物反应器实现规模化生产。

生物反应器微生物反应器微生物反应器是生产中最基本也是最主要的设备，其作用就是按照发酵过程的工艺要求，保证和控制各种生化反应条件，如温度、压力、供氧量、密封防漏防止染菌等，促进微生物的新陈代谢，使之能在低消耗下获得较高的产量。

①厌氧生物反应器：其反应器不需供氧，设备结构一般较为简单。

应用于乙醇、啤酒、丙酮、丁醇的生产;②好氧生物反应器：生产过程中需不断通入无菌空气，因而其设备的结构比厌氧生物反应器复杂。

应用于氨基酸、有机酸、酶制剂、抗生素和单细胞蛋白SCP等的生产。

根据反应器通风和搅拌的方式不同可分为三类：机械搅拌通风式、自吸式和通风搅拌式。

酶反应器酶反应器是根据酶的催化特性而设计的反应设备。

其设计的目标就是生产效率高、成本低、耗能少、污染少，以获得最好的经济效益和社会效益。

酶反应器的种类有常用于饮料和食品加工工业的搅拌罐型反应器，使用最广泛的固定化酶反应器的固定床型反应器，适合于生化反应的膜式反应器等。

每种类型的反应器各有优缺点，应根据不同需要进行选择。

目前，全世界正致力于第二代酶反应器的研究，随着一些相关技术问题的解决，酶反应器技术将在各行各业得到更为广泛的应用。

动植物细胞反应器动植物生物反应器产生于19世纪80年代，此中生物反应器的主体是动植物细胞，主要是按照动植物细胞的生长要求，控制各种生化条件，促进动植物细胞的新陈代谢，以获得人们所需要的代谢产物。

由于动物细胞培养的难度，目前所用的最理想的动植物细胞反应器是哺乳动物的乳腺，由此可以生产抗体、基因重组蛋白质药物、病毒疫苗等生物技术产品，有非常好的前景。

生物反应器的特点：①生物反应与一般化学反应的不同主要在于其反应皆由生物催化剂-酶来催化的。

决定了酶反应必须在比较温和的条件下进行，也就是在接近中性的pH、较低的温度及近似细胞生理条件下进行。

②生物的酶系是非常复杂的，在活细胞中它们是相互协调而处于最优化的状态，故活细胞常被用来合成一些代谢产物如多糖及蛋白质等。

生物反应器的工作原理及应用生物反应器是一种用于生物工程学实验和研究的仪器设备，它使用微生物、细胞或其他生物体来生产有用化合物和产品。

生物反应器在制药、食品、化学等领域都有着广泛的应用，成为了现代生物技术行业必不可少的设备之一。

一、生物反应器的基本原理生物反应器的基本原理是利用微生物在适宜的环境中进行代谢，从而生产有用的活性物质。

这个过程中，微生物进入反应器中，通过呼吸代谢过程吸收营养，释放废物。

营养成分是微生物繁殖和生产的原料，而废物是代谢产物，必须及时排出反应器，以避免毒性产物的积累。

反应器的外部有一套控制系统，可清除废物，维持反应器内部的温度、压力和物质的浓度。

对反应器的控制非常重要，如果控制失误，反应器内部会出现废物积聚、温度失控等问题，严重时会使微生物死亡，导致产品销毁或者严重缩水。

二、生物反应器的基本组成生物反应器基本由反应室、进料系统、排出系统、控制系统和取样系统组成。

这些系统分别完成进料、排出、控制、采样等操作，在反应器的正常运行过程中扮演着重要的角色。

1. 反应室：生物反应器的核心设备，相当于一个容器或者瓶子，微生物在其中进行生长、繁殖、代谢等过程。

2. 进料系统：用于提供反应室内的养分原料、营养液等，进料系统包括喷泉、泵、管道、阀门等，可根据实际需要配置。

3. 排出系统：用于收集反应室中的废物产物和副产物，排出系统包括泵、管道、阀门等，需要定期清理和检修。

4. 控制系统：主要用于对反应器的温度、压力、气体含量、搅拌速度、pH值等进行调节控制，避免微生物死亡和产物损失。

5. 取样系统：用于取出反应室内的样品，以进行后续的分析和实验研究。

三、生物反应器的应用生物反应器在生物制药、食品工程、环境保护、合成化学等领域都有着广泛的应用。

1. 生物制药：生物反应器广泛应用于生产抗生素、酶、蛋白质等。

比如生产人胰岛素，就需要利用生物反应器培养细胞系统合成，随后分离纯化及检测。

2. 食品工程：大量的食品和饮料都需要微生物或酵素发酵才能制成，而反应器则是此过程的关键。

生物反应器的原理与应用随着科学技术的不断发展和进步，生物技术领域的发展日新月异。

而生物反应器作为生物技术领域中一项极其重要的工具，也日益受到了广泛的关注。

生物反应器可以用来进行许多种生物过程研究和产生各种生物产品，具有非常广泛的应用范围。

本文将从生物反应器的原理与应用入手，为大家介绍一下这方面的相关知识。

一、生物反应器的原理1. 什么是生物反应器？生物反应器是一种在封闭、控制条件下进行生物过程的加热器。

它通常由一个容器和与之相连接的传感器、控制器和进出口等组成的系统组成。

生物反应器能够在恰当的生命周期内提供必要的化学物质和温度，以去促进特定生物物质的生产和提高输出效率。

2. 生物反应器的工作原理生物反应器是一种基于微生物过程的技术。

在反应器中，微生物可以生长和繁殖，同时它们可以利用特定的营养物质来生产所需的化合物。

此外，反应器中的微生物也可以进行代谢活动，消耗所需的氧气并产生二氧化碳。

这些反应都可以通过生物反应器进行控制和监测。

3. 生物反应器的要素生物反应器中最基本的三个要素是生境、微生物群体和操作条件。

生境是指微生物群体所需要的物理和化学环境。

微生物群体是指生活在一起的非常小的生物体群，它们能够以自我复制和分化的方式进行扩张。

操作条件是指包括温度、流量、压力、酸碱度和营养物等生物反应器中的监测项。

4. 生物反应器的类型根据不同的用途和需求，生物反应器可以分为不同类型，如批处理反应器、连续反应器、醋酸菌反应器、固定床反应器和膜反应器等。

每种反应器都有自己独特的优点和适应环境，而且对进行生物过程研究和生产工艺控制都非常重要。

二、生物反应器的应用生物反应器在生物技术领域中具有非常广泛的应用范围，常常被用于生物过程研究和生产工艺控制。

下面是一些常见的生物反应器应用:1. 生物药物生产生物反应器可以大规模生产药品，如抗生素、激素和肿瘤抑制剂等。

生产产品的主要原理是通过制定出机体的生理环境，在培养物中扩增特定的微生物群体，促进它们分泌并分离出所需的产品。

生物反应器是一种将生物体系置于容器中的装置，用于生物过程的扩大和加速。

其原理是将生物体系、基质和环境条件置于反应器中，利用反应器提供的控制和优化的条件来促进生物过程的进行。

生物反应器的类型包括:
1.批量反应器:在反应器中加入一定的基质和生物体系，待反应完成后，取出反应产物进行下一步操作。

优点是操作简单，适用于小规模试验;缺点是反应过程无法实时监测，生物产物质量不稳定。

2. 连续流反应器:基质和生物体系在反应器中连续流动，可以进行稳定的生物过程控制同时反应产物也可以进行实时监测。

缺点是反应器的设计和运行较为复杂，生产成本较高
3. 静态膜反应器:在反应器壁上形成静电膜，通过膜的特殊性质，将基质和生物体系进行分离，从而实现生物反应的控制和加速。

优点是操作简单、容易控制，反应产物质量较稳定;缺点是反应器规模有限，生产能力较低。

生物反应器的优缺点:
1. 优点:可以加速和控制生物过程，提高生产效率;可以进行在线监测和控制，保证反应质量稳定;可以有效控制废水和废气的排放。

2. 缺点:反应器的设计和运行成本较高:生物体系易受到污染、感染等因素影响:反应器规模有限，生产能力较低。