动植物细胞培养装置和酶反应器

关于动植物细胞培养装置和酶反应器第1页，课件共62页，创作于2023年2月第一节动物细胞培养反应器动物细胞培养可生产的生物制品1.病毒疫苗：口蹄疫(FMD)、狂犬疫苗等2.非抗体免疫调节剂：干扰素(IFN)、白介素(IL)等3.多肽生长因子：神经生长因子(NGF)、成纤维细胞生长因子(FGF)4.酶：组织血纤维溶酶原激活剂(t-PA)5.激素：红细胞生成素(EPO)、促黄体生成素(LH)6.病毒杀虫剂7.肿瘤特异性抗原：癌胚抗原(CEA)8.单克隆抗体9.皮肤重植10.细胞第2页，课件共62页，创作于2023年2月动物细胞培养生产生物制品工艺实例1.组织纤溶酶激活剂生产工艺流程细胞单层细胞悬液细胞培养物培养培养液提取液层析液浓缩液层析液tPA成品分散分离提取层析纯化浓缩层析精制冻干2.抗HBsAS的单克隆抗体生产工艺流程培养液杂种细胞混合物大鼠骨髓瘤＋免疫大鼠脾淋巴细胞融合融合混合物筛选克隆化杂交瘤克隆系种质培养细胞种质扩大培养分离粗制McAb精制层析液超虑浓缩液冻干McAb精品第3页，课件共62页，创作于2023年2月动物细胞融合第4页，课件共62页，创作于2023年2月杂交瘤技术第5页，课件共62页，创作于2023年2月动物细胞培养的特点1.细胞生长缓慢，易受微生物污染，培养时需要抗生素；2.动物细胞较微生物大得多，无细胞壁，机械强度低，适应环境能力差；3.培养过程需氧量少，且不耐受强力通风与搅拌；4.在机体中，细胞相互粘连以集群形式存在；5.成本高，产品价格昂贵；6.大规模培养时，不可套用微生物反应的经验；7.原代培养细胞一般繁殖50代即退化死亡。动物细胞培养的特点第6页，课件共62页，创作于2023年2月性质动物细胞微生物细胞大小代谢调节方式营养要求生长速率机械强度环境适应性10-100mm内部和激素苛刻倍增时间一般为12-60h很差，缺乏保护性细胞壁差10mm内部宽松，可利用多种底物倍增时间一般为0.5-2h较好好表动物细胞与微生物细胞的性质比较

第7页，课件共62页，创作于2023年2月性质动物细胞微生物细胞pH控制搅拌速度溶氧控制培养基灭菌方法培养时间对水纯度的要求CO2—HCO3缓冲液较慢改变进入气体的氧浓度过滤几天~3、4周很高添加酸、碱速度快、范围广改变搅拌速度、通气量等高温蒸煮几小时~几天较低表动物细胞与微生物细胞的培养方法比较

第8页，课件共62页，创作于2023年2月体外培养的动物细胞根据它们在培养器皿是否能贴附于支持物上生长特征，可分为贴附型生长和悬浮型生长两大类。贴附型细胞在培养时能贴附在支持物表面生长。大多数动物细胞属于贴壁型细胞，如Hela、Vero、BHK、CHO细胞系。悬浮型细胞在培养中悬浮生长。来源于血液、淋巴组织的细胞，许多肿瘤细胞和某些转化细胞。动物细胞培养方法第9页，课件共62页，创作于2023年2月动物细胞培养方法贴壁培养(单层细胞培养)

分散的细胞悬浮在培养瓶中很快(几十分钟至几小时)就贴附在瓶壁上，

称为细胞贴壁，

贴壁后的细胞形态形成多态性，

呈单层生长，

所以此法又叫单层细胞培养。悬浮培养

细胞在培养器中自由悬浮生长的过程，不贴壁，主要用于悬浮型细胞培养，如淋巴细和肿瘤细胞的培养。第10页，课件共62页，创作于2023年2月固定化培养一种包埋培养。对两类细胞都适用，细胞生长密度高，抗剪切力和抗污染能力强。悬浮型细胞常用海藻酸钙包埋，贴壁型细胞常用胶原包埋。动物细胞培养方法第11页，课件共62页，创作于2023年2月无论是贴壁细胞还是悬浮细胞，深层培养的操作方式可分细胞培养的操作方式分批式、流加式、半连续式、连续式和灌注式。分批式操作操作简单、是最常用的操作方式。分批式培养过程中，细胞的生长可分为延迟期、对数生长期、减速期、平稳期和衰退期分批式培养细胞生长曲线第12页，课件共62页，创作于2023年2月流加式培养

特点：可避免某种营养成分的初始浓度过高；能防止营养成分在培养过程中被耗尽；整个过程反应体积是变化的。

第13页，课件共62页，创作于2023年2月半连续式培养

指在分批式培养的基础上，将分批培养的培养液部分取出，并补充加入等量的新鲜培养基，使反应器内培养液的总体积保持不变。第14页，课件共62页，创作于2023年2月连续式培养连续式培养：使反应条件处于一种恒定状态。特点：细胞所处环境条件长时间地稳定。能提高细胞密度，应用于培养悬浮型细胞。第15页，课件共62页，创作于2023年2月5、灌注培养灌注培养：是把细胞接种后进行培养，新鲜的培养液从反应器一头不断加入，从另一头不断取出等量的培养液，细胞仍留在反应器内，使细胞处于一种营养不断的状态。特点：高密度培养动物细胞。第16页，课件共62页，创作于2023年2月动物细胞培养反应器第17页，课件共62页，创作于2023年2月动物细胞培养反应器第18页，课件共62页，创作于2023年2月一、通气搅拌式细胞培养反应器第19页，课件共62页，创作于2023年2月

工作原理:反应器运转时，圆筒以30-60r/min的速度转动，由于离心力的作用，搅拌器中心管内产生负压，使搅拌器外培养基流入中心管，沿管螺旋上升，再从导流筒口排出，从搅拌器外沿下降，形成循环流动。在气腔内气体由分布管鼓泡，气体溶于液体中，依靠气腔丝网外液体的循环流动及扩散作用，使溶于液体中的气体成分均匀地分布到反应器内。第20页，课件共62页，创作于2023年2月反应器的优缺点优点：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。缺点：氧传递系数小，气路系统不能就地灭菌。

反应器适用范围

悬浮培养：非贴壁依赖性细胞和贴壁于微载体的贴壁细胞第21页，课件共62页，创作于2023年2月二、气升式细胞培养反应器与微生物发酵及植物细胞培养的反应器结构相同。气升式培养系统的优点：

①没有移动部件；②完全密封；③便于无菌操作；④设计简单；⑤便于放大生产；⑥氧的转换率高。第22页，课件共62页，创作于2023年2月细胞培养流程第23页，课件共62页，创作于2023年2月三、中空纤维细胞培养反应器

第24页，课件共62页，创作于2023年2月中空纤维细胞培养反应器优点：

①培养体积小，细胞高密度生长；②有浓缩产品的功能；③产物纯度高；④自动化程度高，细胞生长周期长。缺点：

中空纤维价格昂贵，生产成本高。第25页，课件共62页，创作于2023年2月四、微载体细胞培养系统微载体悬浮培养定义：用微珠作载体，使单层动物细胞生长于微珠表面，可在培养液中进行悬浮培养。微载体：贴壁培养动物细胞的载体微珠。反应器:可用与悬浮培养相同设备第26页，课件共62页，创作于2023年2月第27页，课件共62页，创作于2023年2月第28页，课件共62页，创作于2023年2月

微载体细胞培养反应器第29页，课件共62页，创作于2023年2月微载体细胞培养反应器悬浮培养瓶悬浮培养装置第30页，课件共62页，创作于2023年2月微载体细胞培养反应器第31页，课件共62页，创作于2023年2月微载体细胞培养反应器第32页，课件共62页，创作于2023年2月微载体系统培养动物细胞的优点：⑴比表面积大，单位体积培养培养基细胞产率高;⑵微载体悬浮于培养基中，细胞生长环境均一，简化了这些环境因素的检测和控制;⑶培养基的利用率高;⑷采样重演性好;⑸收获过程简单;⑹放大较容易;⑺劳动强度小，占用空间小。第33页，课件共62页，创作于2023年2月活体生物反应器转基因植物生物反应器应用生产糖类物质：淀粉等生产可降解生物塑料的原料：PHA、PHB生产蛋白质和多肽第34页，课件共62页，创作于2023年2月转基因动物生物反应器动物乳腺生物反应器动物血液生物反应器动物膀胱生物反应器转基因牛活体生物反应器第35页，课件共62页，创作于2023年2月第二节植物细胞培养反应器植物细胞培养植物细胞培养技术包括植物器官（根、枝叶、发根、胚和冠瘿组织等）、组织、细胞以及原生质体培养，并以此发展起来的各种植物细胞培养技术。第36页，课件共62页，创作于2023年2月

表植物细胞培养和从完整的植物生产紫草宁的比较生产方式收获时间紫草宁浓度（%干重）完整植物2-3年1-2植物细胞培养21天14第37页，课件共62页，创作于2023年2月第38页，课件共62页，创作于2023年2月第39页，课件共62页，创作于2023年2月植物细胞培养与微生物的区别：细胞的大小细胞块的形状培养液的黏度需氧量Kla值比微生物培养的Kla值小得多对剪切力敏感需CO2和光照第40页，课件共62页，创作于2023年2月植物细胞培养具有的优点：（1）代谢产物的生产完全在人工控制条件下进行，可以通过改变培养条件和选择优良培养体系得到超整株植物产量的代谢产物；（2）培养在无菌条件下进行，可排除病菌和虫害侵扰；（3）可以进行特定的生物转化反应；（4）可以探索新的合成路线和获得新的有用物质等。植物细胞培养(plantcellculture)第41页，课件共62页，创作于2023年2月植物细胞培养反应器第42页，课件共62页，创作于2023年2月StirredTankBioreactors一、机械搅拌悬浮培养生物反应器优点：混合性能好传氧效率高操作弹性大可用于细胞高密度培养；缺点：剪切力大。第43页，课件共62页，创作于2023年2月气体搅拌悬浮培养生物反应器所产生的剪切力较小，结构简单。其主要类型有鼓泡式反应器、气升式反应器等气体搅拌式反应器。

二、气体搅拌悬浮培养生物反应器BubbleColumnBioreactor第44页，课件共62页，创作于2023年2月Air-liftBioreactor气体搅拌反应器常见问题（1）不易染菌，但气体通入量大，动力消耗大否则容易有死角，不均匀。（2）过量通气会驱除CO2和乙烯，阻碍细胞生长，同时还会对次级代谢物的产生不利。（3）气泡较大、气速较高时，湍流剪切力较大。第45页，课件共62页，创作于2023年2月三、流化床固定培养生物反应器特点：利用流体的能量来悬浮颗粒。

流化床反应器第46页，课件共62页，创作于2023年2月优点：小颗粒传质特性良好。缺点：剪切力和颗粒碰撞会损坏固定化细胞。第47页，课件共62页，创作于2023年2月膜固定化是采用具有一定孔径和选择透性的膜固定植物细胞。营养物质可以通过膜渗透到细胞中，细胞产生的次级代谢产物通过膜释放到培养液中。膜反应器主要有中空纤维反应器和螺旋卷绕反应器。四、膜反应器第48页，课件共62页，创作于2023年2月中空纤维螺旋卷绕反应器第49页，课件共62页，创作于2023年2月螺旋卷绕特点:流体力学易于控制,易于放大,但制造成本较高.第50页，课件共62页，创作于2023年2月化学偶联酶固定化间歇可溶交联包埋吸附间歇连续第三节酶反应器第51页，课件共62页，创作于2023年2月一、常见的酶反应器类型按使用酶的种类分游离酶反应器（均相酶催化反应器）固定化酶反应器（非均相酶催化反应器）按结构区分搅拌罐式反应器流化床式反应器固定床酶反应器膜反应器按操作方式区分间歇（分批）式反应连续式反应半连续式式反应第52页，课件共62页，创作于2023年2月二、游离酶反应器1．搅拌罐式反应器(stirredtankreactor，STR)其结构如下：第53页，课件共62页，创作于2023年2月其基本结构由容器、搅拌器及保温装置组成。有时也可在容器壁上装上挡板，以促进反应物的混合。设备简单，操作容易，传质阻力较小，酶与底物混合较均匀，反应后酶难于回收第54页，课件共62页，创作于2023年2月三、固定化酶反应器1．搅拌罐型反应器搅拌罐型反应器可分为分批搅拌罐式反应器(batchstirredtankreactor，BSTR)和连续流搅拌罐式反应器(continuousflowstirredtankreactor，CSTR)。如图所示：第55页，课件共62页，创作于2023年2月2．固定床式反应器

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