动植物细胞培养反应器

课程论文课程名称：细胞工程论文名称：植物细胞生物反应器类型及特点******学号：*********班级：生工1102班2014年4月14日目录一、植物细胞悬浮培养反应器------------------31、机械搅拌式反应器---------------------32、非机械搅拌式反应器--------------------42、1、气升式反应器----------------------42、2、鼓泡式反应器-----------------------52、3、转鼓式反应器----------------------------------------5二、植物细胞固定化生物反应器：-------------------51、流化床生物反应器----------------------------62、填充床生物反应器---------------------------73、膜生物反应器-------------------------------73、1、中空纤维生物反应器---------------------73、2、螺旋卷绕生物反应器--------------------83、3、管式膜反应器--------------------------8三、当前生物反应器的发展前沿 -------------------8一、植物细胞悬浮培养生物反应器1、机械搅拌式生物反应器：其原理是利用机械搅动使细胞得以悬浮和通气；反应器的结构一般由柱状外壁和中心轴上垂直附加的叶轮组成，其主要优点是：搅拌充分，供养和混合效果好，溶氧系数KLa>100/h，反映器中的温度、pH及营养物的浓度较其它反应器容易调节，并可以直接借用微生物培养的经验进行研究和控制。

搅拌式反应器主要适用于对剪切力耐受性较强的细胞，如烟草细胞，水母雪莲细胞等；由于大多数的植物细胞的细胞壁对剪切力较敏感，易造成细胞损伤，所以在利用搅拌式反应器时需要对搅拌桨叶进行改进，一般可以通过改变搅拌形式、叶轮结构与类型等减小因搅拌而产生的剪切力。

生物反应器指以活细胞或酶为生物催化剂进行细胞增殖或生化反应提供适宜环境的设备，它是生物反应过程中的关键设备。

生物反应器的结构、操作方式和操作条件的选定对生物化工产品的质量、收率（转化率）和能耗有密切关系。

生物反应器的设计、放大是生化反应工程的中心内容，也是生物化学工程的重要组成部分。

分类从生物反应过程说，发酵过程用的反应器称为发酵罐；酶反应过程用的反应器则称为酶反应器。

另一些专为动植物细胞大量培养用的生物反应器，专称为动植物细胞培养装置。

发酵罐发酵罐若根据其使用对象区分，可有：嫌气发酵罐、好气发酵罐、污水生物处理装置等。

其中嫌气发酵罐最为简单，生产中不必导入空气，仅为立式或卧式的筒形容器，可借发酵中产生的二氧化碳搅拌液体。

若以操作方式区分，有分批操作和连续操作两种。

前者一般用釜式反应器，后者可用连续搅拌式反应器或管式及塔式反应器。

好气发酵罐按其能量输入方式或作用原理区分，可有：①具有机械搅拌器和空气分布器的发酵罐这类发酵罐应用最普遍，称为通用式发酵罐。

所用的搅拌器一般为使罐内物料产生径向流动的六平叶涡轮搅拌器，它的作用为破碎上升的空气泡和混合罐内的物料。

若利用上下都装有蔽板的搅拌叶轮，搅拌时在叶轮中心产生的局部真空,以吸入外界的空气,则称为自吸式机械搅拌发酵罐。

②循环泵发酵罐用离心浆料泵将料液从罐中引出，通过外循环管返入罐内。

在循环管顶端再接上液体喷嘴，使之能吸入外界空气的,称喷射自吸发酵罐。

③鼓泡塔式发酵罐以压缩空气为动力进行液料搅拌，同时进行通气的气升发酵罐。

目前，世界所发展的大型发酵罐是英国卜内门化学工业公司的发酵罐，它以甲醇为原料生产单细胞蛋白的压力循环气升发酵罐,其直径为7m，高为60m，总容量为 2300m□，自上至下有5000～8000个喷嘴进料。

目前，还有些发酵产品，如固体曲等，使用专门设计的能调节温、湿度的旋转式固体发酵装置。

生产甲烷（沼气）用的是嫌气发酵罐，也称消化器或沼气发生器，这种发酵罐装有搅拌器，顶部有的有浮顶。

1、比较植物、动物、微生物细胞的结构和生理特点。

性质动物细胞植物细胞微生物细胞大小10-100um 比微生物细胞大10um代谢调节方式内部和激素内部和激素内部营养要求很苛刻苛刻宽松可利用多种底物生长速率倍增时间一般为12-60h 倍增时间一般为0.5-2h机械强度最差，缺乏保护性细胞壁差差，抗剪能力弱较好环境适应性很差差好粘附性贴壁生长细胞团形式悬浮分离2、描述植物细胞、动物细胞生物反应器的共性。

各有何优缺点。

都需要满足动植物细胞抗剪切力弱，营养要求苛刻，培养条件严格，要求较高传质效率的特性；悬浮培养生物反应器反应器优点缺点机械搅拌式反应器（悬浮式）能够获得较高的溶氧系数剪切力大通气搅拌式反应器（悬浮式）避免向培养基直接通气时气泡损伤细胞，没有移动部件，密封好，氧转换率较高，便于放大氧传递系数小，气路系统不能就地灭菌气升式培养反应器（悬浮式）湍流温和均匀剪应力小，完全密封，便于无菌操作，氧的转换率高，便于放大生产填充床生物反应器（固定化）单位体积固定细胞量大混合效果差，使溶氧、pH、温度控制、气体的排出较难流化床生物反应器（固定化）小颗粒传质特性良好剪切力和颗粒碰撞会损坏固定化细胞膜式（中空纤维）反应器（固定化）良好的传质性能，满足细胞贴壁生长的特性；培养器体积小，细胞密度高；产物纯度高；自动化程度高；可重复使用成本高微载体悬浮培养系统比表面积大；生长条件易控制且易放大，兼贴壁与悬浮培养的优势，取样方便；易于分离微囊培养系统小颗粒传质特性良好；科技含量较高结构复杂3、你认为最适合于植物细胞、动物细胞培养的生物反应器、培养方法及操作方式，并说明其理由。

转基因动植物生物反应器生物技术1002摘要:生物反应器，指以活细胞或酶为生物催化剂进行细胞增殖或生化反应提供适宜环境的设备，它是生物反应过程中的关键设备。

随着转基因技术问世,生物反应器不再局限于传统“冷冰冰”的设备，而是富有生命特性的动植物。

动植物生物反应器指的是通过基因工程途径以常见的农作物或者活体动物，高效表达某种器官或组织，进行工业化生产功能蛋白等生物制剂。

本文为大家阐述了转基因动植物反应器的优缺点，研究进展及其应用。

关键词:转基因动物反应器，转基因植物反应器，优缺点，研究进展，应用一、转基因动植物生物反应器的优缺点1.1转基因动物生物反应器的优点1易养殖，实现大规模制备。

2通过乳腺和血液制备活性物质简单易行。

3可以通过动物细胞培养实现大量制备。

4产量高，转基因动物在每升乳汁中可得几十克产物，而转基因植物，微生物在每升培养液中只能获得几毫克。

5成本低，用细菌、酵母菌或动物细胞生产基因工程药物，反应条件要求严格，而转基因动物只需要正常饲养。

6用于转基因动物制药的受体牛、羊、猪等哺乳动物，与人类亲缘关系比细菌、酵母菌要近的多，所以其产品具有与人体自身产生的蛋白相同的生物学活性川。

7用转基因动物培植活体器官和组织，用于更替人体患病的器官和组织。

1.2转基因动物生物反应器的缺点1细胞培养需要昂贵的培养基和设备。

2转基因动物制备成本昂贵。

3转基因动物易产生一些伦理问题。

4目前转基因动物的研究存在理论基础薄弱、技术不完善等问题"使得转入的基因在受体动物基因组中存在着随机整合、调节失控、遗传不稳定、表达率不高等问题。

为确保转入的基因能得到高效表达并完全整合，关键是基因构建和位点整合。

5转基因表达产物的分离与纯化也存在问题，可能会出现要纯化的产物含量低的现象，还要确保去除引起人类变态反应的非人类蛋白。

6转基因表达产物的结构和生物活性是否与人体蛋白相似#转基因产品必须与人体产生的蛋白高度相似，以免人体对它产生免疫反应。

[设计]植物细胞生物反应器类型及特点课程论文课程名称:细胞工程论文名称:植物细胞生物反应器类型及特点姓名:刘珍豆学号:110214208班级:生工1102班2014年4月14日目录一、植物细胞悬浮培养反应器------------------31、机械搅拌式反应器---------------------3器--------------------4 2、非机械搅拌式反应2、1、气升式反应器----------------------42、2、鼓泡式反应器-----------------------52、3、转鼓式反应器----------------------------------------5二、植物细胞固定化生物反应器:-------------------51、流化床生物反应器----------------------------62、填充床生物反应器---------------------------73、膜生物反应器-------------------------------73、1、中空纤维生物反应器---------------------73、2、螺旋卷绕生物反应器--------------------83、3、管式膜反应器--------------------------8三、当前生物反应器的发展前沿 -------------------8一、植物细胞悬浮培养生物反应器1、机械搅拌式生物反应器:其原理是利用机械搅动使细胞得以悬浮和通气;反应器的结构一般由柱状外壁和中心轴上垂直附加的叶轮组成，其主要优点是:搅拌充分，供养和混合效果好，溶氧系数KLa>100/h，反映器中的温度、pH及营养物的浓度较其它反应器容易调节，并可以直接借用微生物培养的经验进行研究和控制。

搅拌式反应器主要适用于对剪切力耐受性较强的细胞，如烟草细胞，水母雪莲细胞等;由于大多数的植物细胞的细胞壁对剪切力较敏感，易造成细胞损伤，所以在利用搅拌式反应器时需要对搅拌桨叶进行改进，一般可以通过改变搅拌形式、叶轮结构与类型等减小因搅拌而产生的剪切力。

生物反应器概念
生物反应器（Bioreactor）是一个用于培养生物细胞、组织或其他生物实体以生产生物产品的系统。

它是一个封闭的、可控制环境参数的设备，能够提供适宜生物生长和代谢的物理和化学环境。

这些环境参数包括但不限于温度、pH值、溶解氧、营养物质供应、代谢废物移除等。

生物反应器有很多种类型，包括传统的酵母或细菌培养的发酵罐、哺乳动物或植物细胞培养的悬浮培养器、固定化细胞或酶的固定床反应器，以及用于培养组织的生物反应器。

每种类型的生物反应器都有其特殊的设计和操作要求，以满足特定生物实体的生长和生产需要。

生物反应器在许多领域都有应用，如制药、食品和饮料、生物技术、农业、环境工程等。

例如，制药工业中，生物反应器常被用于生产抗体、疫苗、细胞疗法产品等；在环境工程中，生物反应器则常被用于处理废水或其他废物。

细胞培养反应器的几种操作模式
细胞培养反应器的操作模式主要分为以下五种：
分批式操作（Batch Culture）：这是动物细胞规模培养进程中较早期采用的方式，也是其它操作方式的基础。

该方式采用机械搅拌式生物反应器，将细胞扩大培养后，一次性转入生物反应器内进行培养。

在培养过程中，其体积不变，不添加其它成分。

待细胞增长和产物形成积累到适当的时间，一次性收获细胞、产物、培养基。

流加式操作（Fed-Batch）：这种方式在分批式操作的基础上，定时向生物反应器中添加新鲜培养基，同时取出部分旧的培养基，以保持反应器内培养基的总体积不变。

这样可以提供细胞生长所需的营养物质，同时避免代谢产物的积累对细胞生长产生抑制作用。

半连续式操作（Semi-Continuous）：在半连续式操作中，细胞在生物反应器中连续培养，同时定期取出部分细胞和培养基，然后添加新鲜的培养基。

这种方式可以保持细胞密度和代谢产物的稳定，同时避免细胞过度生长和代谢产物的积累。

连续式操作（Continuous）：在连续式操作中，细胞在生物反应器中连续培养，同时以相同的速率添加新鲜培养基和取出含有细胞的培养基。

这种方式可以维持细胞密度和代谢产物的恒定，但需要精确控制培养基的流速和细胞生长速率。

灌流式操作（Perfusion Culture）：灌流式操作是将细胞和培养基一起加入反应器后，在细胞增长和产物形成过程中，不断地将部分条件培养基取出，同时又连续不断地灌注新的培养基。

这种方式可以保持细
胞在最佳的生长条件下，同时避免代谢产物的积累。

文章编号:1005-2690(2017)11-0028-02中图分类号:Q943.1文献标志码:A植物细胞培养生物反应器的种类特点及展望陈永伟，张乐晶（新乡医学院三全学院，河南新乡453003）摘要:生物反应器应用于植物细胞培养，不仅打破了地域条件的约束，而且可以通过人为的方式进行干预，为植物细胞的大规模培养进行系统化与人工化的养殖，为植物细胞的新陈代谢创造了一个有利的条件，是目前植物细胞培养工作的研究热点。

在介绍植物细胞培养特点的基础上，对适用于植物细胞培养的各种不同类型的生物反应器的工作原理，以及存在的不同优点与缺点进行了介绍与对比分析，提出了对未来植物细胞培养的发展特点与发展展望，为后期植物细胞培养生物反应器的选择与改进提供参考依据。

关键词:植物细胞；生物反应器；种类特点；发展前景推动优良植物材料的繁育、纯天然药物的开发，以及保护稀缺植物资源，是植物细胞培育的研究重点。

大规模地进行天然植物功效以及相关成分含有量的研究，以满足日益扩大的市场需要。

通过对不同的生物反应器进行研究，创造植物细胞最佳生长与新陈代谢的环境，不断缩短培育与发展的周期，为植物细胞工业化的发展提供一个有力的条件。

本文针对植物细胞的特点，对应用于不同植物细胞培养中的不同种类生物反应器的功能进行研究，提出了未来植物细胞培养生物反应器的发展趋势与展望。

1植物细胞培养的特点植物细胞的培养是指在细胞离开生命体的前提下，以单个细胞体或者若干个细胞体为单位进行植物组织培养的方式[1]。

这种植物细胞培养技术不会受到外界环境等一系列客观因素的影响，实现了短时间内大规模的细胞培养，以便于后期的研究发展与应用。

与动物细胞相比，植物细胞可以实现悬浮生长，可以进行大规模的培养，但是植物细胞新陈代谢活动的频率较低，次生物质的合成与积累需要一个漫长的过程，生长速度慢，所以具有较高的要求。

此外，植物细胞需要一个漫长的过程进行生长，要想在无干扰前提下实现植物细胞的无菌培养则会面临很大的难度。