第七章 生物反应器的放大讲解
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反应器放大的目的是增加产量,同时保持相似的产品质量。
这意味着必须跨规模保持相当的细胞特异性生产力、细胞密度和活性以及细胞代谢。
为了实现这一点,尽可能多的操作参数必须保持不变。
在工艺放大过程中,温度、pH、溶氧设定点和补液策略等与规模无关的变量很容易保持不变(表1)。
然而,与规模相关的参数,如搅拌、叶轮叶尖速度、混合时间、雷诺数和通气流速,在整个放大过程中不能同时保持不变。
这是因为它们对搅拌速度、叶轮直径和容器直径具有不同的依赖性。
最终,这些参数会影响运营成本、培养异质性、气体转移特性以及施加于细胞的剪切应力。
从本质上讲,生物反应器的放大涉及多方面的权衡和妥协。
表1 规模无关变量和规模依赖性变量虽然搅拌罐生物反应器的体积功率输入通常保持在10-80 W/m3 的范围内,但其它因素,即混合速度、混合时间、叶轮叶尖速度和雷诺数,根据生产规模的不同而有不同的值。
如(表2)所示,搅拌速度随着规模的增加而降低。
然而,由于叶轮尺寸增加,叶轮叶尖速度和雷诺数遵循相反的趋势。
最后,由于容器直径的增加,混合时间也随着规模的增加而增加。
表2 不同生产规模下规模相关参数的典型值Part1、几何相似性几何相似性通常是用于放大生物反应器的第一个标准。
如果罐直径增加,所有其它长度(罐高度、叶轮直径和叶轮宽度)都会增加相同的比例因子。
一般来说,用于细胞培养的生物反应器罐的高径比(H/D) 对于台式生物反应器为1-2,对于中试和工业规模的生物反应器为2-3。
然而,保持H/D 会影响与表面和体积相关的因素,例如热传递、气体传递和混合。
由于在罐壁上发生热交换,每单位体积的热传递随着体积的增加而减少。
恒定的H/D 纵横比也将显著降低表面积与体积比(Ac/V),从而降低表面通气对O2和CO2汽提的贡献。
因为气体传输速率的重要性以及对混合速度和气体流速的限制,这对于剪切敏感细胞至关重要。
Part 2、动力学相似性和规模放大标准当所有相关力的比率在不同规模上保持不变时,就会存在动态相似性,从而导致,例如,相似的流场。
生物反应器的放大名词解释生物反应器放大是在界面反应器中一种重要的技术。
它利用微生物、细胞或其他生物组分来(特定)处理特定的化学物质,从而实现化学分析和生物检测的目的。
生物反应器是一种可以反应出液体、气体、固体放大的系统。
它的使用能够使某种反应的效率大大提高,或者使原本不可能实现的反应变得可能。
生物反应器放大的基本原理是将某种物质(如氧)的数量从较少的量变成较大的量,以改变某种反应的物质平衡,从而改变反应条件,促进反应过程及其产物。
生物反应器放大也能使微生物具有抑制功能,从而抑制有害物质的生成,或者使良性物质的产生量大大增加。
首先,生物反应器放大的工作原理非常复杂,必须在复杂的反应中进行化学反应和生物反应。
为了实现放大,必须利用微生物、细胞或其他生物组分来处理特定的化学物质,以便得到足够数量的放大物质,从而实现放大效果。
在生物反应器放大过程中,已有的反应物质可以通过化学反应放大,而新生成的物质通常也可以作为放大剂参与更多反应过程,实现更强烈的生物反应。
为了实现放大,还可以利用生物反应器放大系统,将某种物质从较少的量变成较大的量,从而实现放大的功能。
其次,生物反应器放大的应用非常广泛。
可以将其用于检测、生物组装、高效率合成和杀菌等。
它可以作为氧化还原反应的放大器,放大原本不够强烈的氧化还原反应,从而提高生物反应的效率。
此外,它还可以作为生物解码器,利用生物反应器对特定的医学物质进行放大,从而用于诊断各种疾病的发生,从而推荐更有效的治疗方法。
总之,生物反应器放大是在界面反应器中一种重要的技术,其基本原理是将某种物质的数量从较少的量变成较大的量,以改变某种反应的物质平衡,从而改变反应条件,促进反应过程及其产物,实现放大效果。
其应用也广泛,可以用于检测、生物组装、高效合成和杀菌等,用于诊断和治疗疾病,以及各种其他应用场合。