动物细胞和植物细胞培养反应器
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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。
生物反应器归类
生物反应器是一种用于承载和促进生物反应的装置或体系。
根据反应
器的实际应用和操作原理,可以将生物反应器分为几个类别。
1. 发酵反应器:用于微生物发酵过程的反应器,用于生产食品、饲料、药物和生物燃料等。
常见的发酵反应器包括批式发酵罐、连续式发酵
罐和气体提升式发酵罐。
2. 培养反应器:用于细胞培养和组织工程的反应器,用于生产生物药
物和细胞制品。
常见的培养反应器包括摇床培养器、旋转培养器和悬
浮培养反应器。
3. 污水处理反应器:用于处理废水和污水中的有机物和有毒物质。
常
见的污水处理反应器包括活性污泥法反应器、膜分离法反应器和生物
滤池。
4. 生物酶反应器:用于生产酶类产物和催化生物酶反应的反应器。
常
见的生物酶反应器包括固定床反应器、悬浮式反应器和液体-液体界面
反应器。
5. 生物电化学反应器:用于转化生物质和废弃物为电能的反应器。
常
见的生物电化学反应器包括微生物燃料电池、微生物电解池和生物燃
料池。
以上是一些常见的生物反应器类别,各类反应器在不同领域有广泛应用,以满足人类对食品、药物、能源和环境保护等方面的需求。
微生物、动物、植物细胞培养的异同点如下:不同点:首先在培养基上,微生物是固体、半固体培养基都有,成分主要是水、无机盐、生长因子、碳源、氮源等。
如果是病毒的话要用细菌进行培养;动物的话用天然培养基加生长因子比较好,一般是液体培养基,成分主要是水、葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、动物血清;而植物培养基用合成培养基就可以了,一般是固体培养基,成分主要是矿质元素、蔗糖、纤维素、植物激素、有机添加剂。
其次是各自培养的原理上的不同,微生物细胞培养的原理是微生物细胞的增殖,动物细胞培养的原理是细胞的增殖,植物细胞培养原理是细胞的全能性。
最后,微生物细胞培养主要是获得其代谢产物或次级代谢产物或得到细胞本身;植物细胞培养主要是获得新个体或细胞产品,应用与快速繁殖试管苗、细胞产品、人工种子、转基因植物的培育等。
动物细胞培养是获得大量新生细胞或细胞产品,应用是获得细胞的产物或细胞等。
另外,动物细胞分散用到的是胰蛋白酶,植物是纤维素酶等。
相同点:两者都需要培养基、都需要无菌操作,防止染菌、培养时候都需要适当的温度等条件。
综上所述见下表:微生物动物细胞植物细胞大小(um) 1~10 10~100 10~100 悬浮生长可以,多数细胞需附着表面才能生长可以,但易结团无单个细胞营养要求简单非常复杂较复杂生长速率快,倍增时间为0.5~5小时慢,倍增时间为15~100小时慢,倍增时间为24~74小时代谢调节内部内部激素内部激素环境敏感不敏感非常敏感能忍受广泛范围细胞分化无有高剪切力敏感低非常高高传统变异,筛选技术广泛使用不常使用有时使用细胞或产物浓度较高低低由于他们所用的培养基不同,培养是所要求的条件不同所以在批量生产我们所需的目的产物时就要选择相应的生物反应器。
在选择生物反应器时要注意到生物反应器在生物反应过程的剪切力、传质问题如气-液质量传递和液-固质量传递。
生物反应器是利用生物催化剂为细胞培养(或发酵)或酶反应提供良好的反映环境的设备,通常称为发酵罐或酶反应器。