生物制药设备和车间设计专家讲座

课程教学目标了解生物反应器概念，重点掌握细胞生物反应器。掌握培养基灭菌和空气除菌工艺流程及设备。掌握生物制药工程下游分离纯化原理与设备。熟悉生物制药车间设计。生物制药设备和车间设计专家讲座第1页课程难点灭菌工艺、分离纯化工艺定量计算生物制药相关设备工艺参数设计生物制药设备和车间设计专家讲座第2页生物制药全过程简图上游生物工程生物反应工程生物分离工程成品加工生物制药设备和车间设计专家讲座第3页生物工程上游技术基因工程：经过基因重组取得基因工程菌、转基因动植物。生物制药设备和车间设计专家讲座第4页生物反应工程经过发酵工程、细胞工程和酶工程取得含目标产物混合物料。生物制药设备和车间设计专家讲座第5页生物分离工程从生物反应产物体系中提取和纯化活性成份过程。

生物制药设备和车间设计专家讲座第6页成品加工（制剂工程）将所得活性成份加工成各种适宜剂型。如片剂、胶囊剂、口服液、水针剂、粉针剂、大输液等。生物制药设备和车间设计专家讲座第7页第一章绪论第一节生物制药设备概述第二节生物反应器基本理论生物制药设备和车间设计专家讲座第8页第一节生物制药设备概述一、生物制药广义定义：泛指包含生物制品在内生物体初级和次级代谢产物或生物体某一组成部分，甚至整个生物体用作诊疗和治疗疾病生物体。狭义定义：采取DNA重组技术或其它生物新技术研制蛋白质或核酸类药品。生物制药设备和车间设计专家讲座第9页生物制药是以基因工程、细胞工程、发酵工程等技术，利用生物体来生产药品。生物技术最早应用产业领域是医药行业。当前，美国生物技术企业大部分集中在医药保健品领域。第一个生物药品是1982年有美国基因科技企业开发基因重组胰岛素。生物制药设备和车间设计专家讲座第10页生物制药—发展快速新兴行业近20年来，以基因工程、细胞工程、酶工程为代表当代生物技术迅猛发展，当代生物技术在医药学方面广泛应用，生物医药产业化进展快速发展。上世纪90年代以来，全球生物药品销售额以年均30%以上速度增加，大大高于全球医药行业10%左右增加速度。年，生物药品份额占医药市场份额达18%左右。生物制药设备和车间设计专家讲座第11页生物药占全球前100畅销药品数量比重生物制药设备和车间设计专家讲座第12页二、生物化学工程生化工程是利用化学工程原理和方法对试验室取得生物技术结果进行工业化开发科学。生化工程研究问题：工业化生产中培养基和空气灭菌过程，水纯化过程，生物反应器设计、生化产品分离纯化等。生物制药设备和车间设计专家讲座第13页生物催化剂底物、培养基生物反应器产品副产品废物成品加工回收无坏处理反应条件控制检测控制空气生物制药设备和车间设计专家讲座第14页三、生物制药设备大致可分为三类一、生物反应关键设备：生物反应器二、生物反应准备设备：培养基灭菌设备、空气除菌设备三、生物反应下游加工设备：生物药品分离纯化设备生物制药设备和车间设计专家讲座第15页生物反应器生物反应器是生化反应发生场所，是整个生化工程关键设备。生物反应器是为特定细胞或酶提供适宜增殖或进行特定生化反应环境设备。生物反应器设计和放大是一个非常复杂问题。生物制药设备和车间设计专家讲座第16页培养基灭菌设备为生物反应提供无菌培养基空气除菌设备为生物反应提供无菌空气生物制药设备和车间设计专家讲座第17页分离纯化设备药品对杂质种类及其含量有严格要求。制药合成产物药品成份含量很低，杂质含量很高，而且杂质与目标产物有相同结构，极难分离。药品成份稳定性较差，使得分离纯化方法选择受到很大限制。生物制药设备和车间设计专家讲座第18页第二节生物反应器基本理论一、生物反应器基本工程概念1、什么是生物反应器利用生物催化剂进行生物技术产品生产反应装置称为生物反应器，或者说生物反应器是生物化学反应得以进行场所。生物制药设备和车间设计专家讲座第19页2、生物反应器分类（1）按操作方式：间歇式、连续式、半连续式。生物制药设备和车间设计专家讲座第20页（2）按反应器内流体流动及混合程度：理想反应器、非理想反应器。生物制药设备和车间设计专家讲座第21页（3）按几何形状：罐式（釜式）、管式、塔式、膜式。罐式（釜式）：高度与直径相当或稍高，釜内有搅拌等装置。管式：长径比大，多用于均相反应。塔式：高径比大，内部有填料、筛板等装置。膜式：有膜组件。生物制药设备和车间设计专家讲座第22页3、生物反应器设计内容确定反应器类型。设计反应器结构，并确定结构参数。确定工艺参数和控制方式。生物制药设备和车间设计专家讲座第23页二、理想反应器1、几个经典反应器型式间歇操作搅拌釜连续操作搅拌釜连续操作管式反应器生物制药设备和车间设计专家讲座第24页（1）间歇操作搅拌釜物料一次性加入，反应完成后一起放出，全部物料参加反应时间是相同。釜内各点温度、浓度均匀一致，反应物浓度随时间而改变，反应速度也随时间而改变。适合药品生产规模小，品种多，原料与工艺条件多样特点。生物制药设备和车间设计专家讲座第25页连续操作搅拌釜釜内装有强烈搅拌器，反应器内各点温度、浓度均匀一致，物料随进随出，连续流动，出口物料中反应物浓度与釜内反应物浓度相同。生物制药设备和车间设计专家讲座第26页连续操作管式反应器从反应器一端加入反应物，从另一段引出产物，反应物沿流动方向前进。反应物浓度、反应速度沿流动方向逐步降低，在出口处到达最低值。生物制药设备和车间设计专家讲座第27页2、返混与停留时间分布停留时间分布：进入连续反应器物料粒子，有很快从出口流出，有经过很长时间才从出口流出，停留时间有长有短，形成一定分布，称为停留时间分布。间歇反应器无停留时间分布。生物制药设备和车间设计专家讲座第28页年纪分布与寿命分布年纪分布：从进入反应器瞬间开始算年纪，不一样年纪物料粒子混在一起，形成一定分布，称为年纪分布。寿命分布：在出口物料中，不一样寿命粒子混在一起，形成一定分布，称为寿命分布。生物制药设备和车间设计专家讲座第29页返混返混：不一样年纪物料粒子混在一起现象称为返混。间歇反应器内不存在返混现象，返混是连续操作反应器中特有现象。生物制药设备和车间设计专家讲座第30页返混产生原因（自学）涡流与扰动速度分布沟流倒流短路与死角生物制药设备和车间设计专家讲座第31页返混影响（自学）返混使产品收率、质量降低。返混使反应物浓度降低，反应速度减小，反应容器增大。在一些情况下返混也可能是有利，对于自催化反应，反应物容积反而减小。生物制药设备和车间设计专家讲座第32页3、理想反应器依据返混程度大小，能够将流动情况分为3种类型：平推流全混流中间流生物制药设备和车间设计专家讲座第33页平推流不存在返混一个理想流动型式，其特点是流体经过细长管子时，在与流动方向称垂直截面上，各粒子速度完全相同，也称活塞流。细长型管式反应器内物流流动情况类似这种型式。生物制药设备和车间设计专家讲座第34页全混流返混程度最大一个理想流动型式。物料一进入反应器就马上均匀分散在整个反应器内，且在出口科同时检测到新加入物料粒子。反应器内物料温度、浓度完全一致，且分别与出口处温度、浓度相同。连续搅拌釜内物流流动情况类似这种型式。生物制药设备和车间设计专家讲座第35页中间流返