1、1第六章第六章 動物細胞反應器動物細胞反應器 李平李平2教學目標教學目標 動物細胞培養裝置主要有哪些類型，簡述動物細胞培養裝置主要有哪些類型，簡述其結構、工作原理及特點其結構、工作原理及特點 比較動物細胞與植物細胞、微生物培養的比較動物細胞與植物細胞、微生物培養的區別區別3動物細胞動物細胞(animal cell)反應器反應器 1、離體培養、離體培養 2、動物細胞與植物細胞、微生物的區別、動物細胞與植物細胞、微生物的區別 3、根據培養特性分類、根據培養特性分類 懸浮培養（非貼壁依賴型）懸浮培養（非貼壁依賴型） 貼壁依賴型貼壁依賴型4動物細胞與植物細胞、微生物的區別動物細胞與植物細胞、微生物的區

2、別微生物微生物細胞細胞動物動物細胞細胞植物植物細胞細胞在液體中的在液體中的生長生長懸浮生長懸浮生長多為多為“貼壁貼壁培養培養”可懸浮，常可懸浮，常聚集成團聚集成團營養要求營養要求簡單簡單極復雜極復雜復雜復雜對環境的敏對環境的敏感性感性一般耐受一般耐受范圍較大范圍較大極敏感極敏感（pH、T、DO）耐受范圍較耐受范圍較大大對流體剪切對流體剪切力的敏感性力的敏感性低低極高極高高高生長速率生長速率較快較快慢慢慢慢5動物細胞懸浮培養生物反應器動物細胞懸浮培養生物反應器 少數細胞如鼠類腫瘤細胞可少數細胞如鼠類腫瘤細胞可通氣攪拌通氣攪拌懸懸浮培養浮培養問題問題2、通氣、攪拌引起泡沫過多，給操作帶來困難。、通

3、氣、攪拌引起泡沫過多，給操作帶來困難。（培養液中含有動物血清等高蛋白組分（培養液中含有動物血清等高蛋白組分)1、攪拌剪切力太大（動物細胞缺乏細胞壁保護）、攪拌剪切力太大（動物細胞缺乏細胞壁保護）6帶帆形攪拌器的灌注帶帆形攪拌器的灌注(perfusion)系統系統實驗室規模培養裝置實驗室規模培養裝置7帶帆形攪拌器的灌注帶帆形攪拌器的灌注(perfusion)系統系統特點特點1、攪拌漿攪拌漿是用尼龍絲編織帶制成的船帆形是用尼龍絲編織帶制成的船帆形2、磁力磁力攪拌攪拌3、維持、維持溶氧溶氧(DO)：氧氣通過插入溶液中的硅：氧氣通過插入溶液中的硅膠管擴散到培養液內。膠管擴散到培養液內。4、灌注灌注系統

4、（流加系統）：新鮮培養液連系統（流加系統）：新鮮培養液連續流加，流出的培養液通過旋轉過濾器分離續流加，流出的培養液通過旋轉過濾器分離細胞后被排除的培養系統。細胞后被排除的培養系統。8中試及工業規模的反應器中試及工業規模的反應器 1、攪拌、攪拌(agitation)：2、通氣、通氣(aeration)：螺旋槳式取代圓盤蝸輪式，使剪切力減小螺旋槳式取代圓盤蝸輪式，使剪切力減小擴散滲透通氣裝置取代傳統的通氣管擴散滲透通氣裝置取代傳統的通氣管910動物細胞動物細胞貼壁培養貼壁培養反應器反應器單層培養（貼壁培養）單層培養（貼壁培養）細胞在載體表面生長并擴展成單一層細胞在載體表面生長并擴展成單一層傳統裝置

5、傳統裝置滾瓶滾瓶（缺點為生產能力低，勞動強度大）缺點為生產能力低，勞動強度大）11中空纖維培養裝置中空纖維培養裝置 1、組成、組成由中空纖維管組成，由中空纖維管組成，管壁為半透性多孔膜管壁為半透性多孔膜小分子小分子自由雙向擴散自由雙向擴散大分子大分子 不能通過不能通過 2、培養、培養動物細胞貼附在中空纖維管動物細胞貼附在中空纖維管外壁外壁上生長，方便獲取營養上生長，方便獲取營養物質和溶氧。物質和溶氧。3、優點、優點生產能力高生產能力高4、缺點、缺點染菌后無法再生染菌后無法再生1213動物細胞動物細胞微載體懸浮培養微載體懸浮培養反應器反應器 用用微珠做載體微珠做載體，使單層動物細胞生長于微，使單

6、層動物細胞生長于微珠表面，可在培養液中進行懸浮培養。這珠表面，可在培養液中進行懸浮培養。這種方法將種方法將單層單層培養和培養和懸浮懸浮培養結合起來。培養結合起來。1、設計原理、設計原理14動物細胞動物細胞微載體懸浮培養微載體懸浮培養反應器反應器 2、微載體、微載體 材料材料 要求要求貼壁培養動物細胞的載體微珠貼壁培養動物細胞的載體微珠交換當量低的葡聚糖凝膠、聚丙烯酰胺、明交換當量低的葡聚糖凝膠、聚丙烯酰胺、明膠或甲殼質膠或甲殼質（1）球徑均勻）球徑均勻（2）溶脹后的載體相對密度稍大于培養液）溶脹后的載體相對密度稍大于培養液的相對密度（攪拌后能懸浮）的相對密度（攪拌后能懸浮）15 3 、微載體懸

7、浮培養反應器需解決的問題、微載體懸浮培養反應器需解決的問題：動物細胞動物細胞微載體懸浮培養微載體懸浮培養反應器反應器 （1）具有合適的攪拌：）具有合適的攪拌： 使微載體能懸浮循環流動，剪切力不能太高。使微載體能懸浮循環流動，剪切力不能太高。（2）傳氧）傳氧 不能鼓泡傳氧不能鼓泡傳氧（3）嚴格控制）嚴格控制pH 誤差小于誤差小于0.0516帶中空纖維束帶中空纖維束的動物細胞微載體的動物細胞微載體懸浮培養反應器懸浮培養反應器 1、攪拌、攪拌 2、傳氧、傳氧培養液被下層螺旋槳攪拌器緩慢攪動循環，使培養液被下層螺旋槳攪拌器緩慢攪動循環，使動物細胞微載體在培養液中保持懸浮狀態。動物細胞微載體在培養液中保

8、持懸浮狀態。用直徑為用直徑為2.5的聚四氟乙烯中空纖維管為通氣供的聚四氟乙烯中空纖維管為通氣供氧裝置氧裝置優點優點：空氣在管內，氧分子通過半透性的管壁溶：空氣在管內，氧分子通過半透性的管壁溶透到培養液中，透到培養液中，不產生氣泡不產生氣泡1718氣腔式氣腔式動物細胞微載體懸浮培養反動物細胞微載體懸浮培養反應器應器 1、結構：、結構：反應器內只有一個旋轉圓筒，圓筒上部有反應器內只有一個旋轉圓筒，圓筒上部有3-5個個中空的導向攪拌漿葉，圓筒外壁有環狀氣腔中空的導向攪拌漿葉，圓筒外壁有環狀氣腔（200目不銹鋼絲網焊成的），氣腔下面有一圈目不銹鋼絲網焊成的），氣腔下面有一圈氣體分布管氣體分布管1920

9、氣腔式氣腔式動物細胞微載體懸浮培養反動物細胞微載體懸浮培養反應器應器 2、循環流動：、循環流動：圓筒與軸聯動一起旋轉。培養液由于中空導向攪圓筒與軸聯動一起旋轉。培養液由于中空導向攪拌漿葉的攪拌作用，液體與微載體的懸浮液由圓筒拌漿葉的攪拌作用，液體與微載體的懸浮液由圓筒下部吸入，從中空導向漿葉流出，形成大循環下部吸入，從中空導向漿葉流出，形成大循環21 3、氣體分布、氣體分布氣腔式氣腔式動物細胞微載體動物細胞微載體懸浮培養反應器懸浮培養反應器 氣體在氣腔內，由分布管鼓泡，溶于液體中氣體在氣腔內，由分布管鼓泡，溶于液體中（DO），），靠氣腔絲網外液體的循環流動、擴靠氣腔絲網外液體的循環流動、擴散作

10、用，使溶于液體中的氣體成分均勻分布散作用，使溶于液體中的氣體成分均勻分布 4、絲網作用、絲網作用保證微載體不進入氣腔，氣泡不流入到培養液保證微載體不進入氣腔，氣泡不流入到培養液中，避免了氣泡與動物細胞直接接觸中，避免了氣泡與動物細胞直接接觸 5、混合氣體調氣系統、混合氣體調氣系統自動控制控制自動控制控制DO、pH22錐形錐形動物細胞微載體動物細胞微載體懸浮培養反應器懸浮培養反應器 組成及原理：組成及原理：外殼為圓錐形筒體，圓錐形筒體內裝有一個可旋外殼為圓錐形筒體，圓錐形筒體內裝有一個可旋轉的塑料絲網氣腔，氣腔尖端有螺旋漿攪拌器，轉的塑料絲網氣腔，氣腔尖端有螺旋漿攪拌器，靠螺旋漿的翻動，使培養液循環流動。氣腔內有靠螺旋漿的翻動，使培養液循環流動。氣腔內有氣體鼓泡管，調氣系統，維持氣體鼓泡管，調氣系統，維持DO、pH2324總結總結動物動物細胞細胞培養培養裝置裝置