搅拌式动物细胞培养罐简介

[2011/2/16]

　　搅拌式动物细胞培养罐是多功能培养罐，设置有四气混合系统，可以通过配置对应的Spinfilter、无气泡硅胶管通气系统、低剪切力搅拌桨等配套配件后，用于动物细胞的分批、流加连续培养。通过变换搅拌桨和通气方式也可作为微生物培养罐.可实现pH值、pO2、温度、二氧化碳、营养物自动流加、搅拌速率等自动化控制，可以通过计算机的远程控制软件对培养过程进行严格的控制。除了用于动物细胞和微生物的培养外，该系统的能实现生物化学反应条件(例如pH值、温度、流加)的精密范围内控制， BC2生物反应器系统也可以应用于蛋白药物PEG修饰反应过程的反应条件控制。

　　搅拌式动物细胞培养罐是最经典、最早被采用的一种细胞培养罐。在诸多细胞培养罐类型中，该种培养罐最能体现动物细胞培养罐的设计理念，它通常由罐体、管路、阀门、泵及马达组成，由马达带动桨叶混合培养液，通过搅拌器的作用使细胞和养分在培养液中均匀分布;罐体上安装的不同传感器，用以在线持续检测培养液的pH、温度、溶氧等重要参数;小罐体通常采用硼硅酸盐玻璃制作，用于实验室规模使用;大罐体采用不锈钢材质，用于大规模生产。目前，FDA批准的主流生产工艺是搅拌式动物细胞培养罐流加培养工艺，也是当前动物细胞大规模培养的主流。原因在于：搅拌式动物细胞培养罐既可用于悬浮细胞培养，也适用于微载体贴壁细胞培养，培养工艺容易放大，可以为细胞的生长和增殖提供均质的环境;产品质量稳定，非常适合于工厂化生产生物制品。虽然搅拌所产生的剪切力对细胞有害，但是通过改变桨叶的形状和尺寸，或者是在培养基中添加一些血清、牛血清白蛋白、葡聚糖及非离子表面活性剂Pluronic F68 等，可降低剪切力造成的影响。搅拌式动物细胞培养罐的细胞密度可达2×107 个/ml，并且生产放大工艺相对简单，悬浮细胞培养较易放大到万升规模以上。Lonza公司拥有8台20000L的搅拌式动物细胞培养罐，采用全悬浮培养技术生产抗体;Baxter公司在2008 年报道，利用8 周时间使Vero细胞微载体培养规模从1ml放大到6000L的规模;美国Genentech 公司使用12000L搅拌式动物细胞培养罐培养CHO细胞，生产t-PA重组蛋白以及治疗癌症的生物药物。工业应用细胞培养罐罐体通常由不锈钢制造，按照耐压容器要求进行设计。罐体顶端或底部安装马达,驱动桨叶进行搅拌，带动液体介质(培养液)的流动，实现混合和传质效果;罐体顶端或侧面安装的在线传感器(pH、温度、溶氧等)，与控制器相联，可以连续测定罐体培养液的培养参数;细胞培养罐自动化程度越高，相应配备的传感器数量也越多;在整个培养过程中，依靠各种不同的传感器，细胞培养罐能够在线(on line)连续监测和调整与细胞生长、分化、增殖、凋亡有关的参数，使它们始终保持最佳组合;侧面安装有取样阀，便于取样;顶部具有灯镜和视镜，用于培养罐内部观察;罐体底部安装罐底隔膜阀，用于料液排放。罐体的设计还应利于在线清洁和灭菌，避免死角的出现。

　　细胞培养罐的支架管路，是培养罐提供气(汽)体、液体的通道，通过各种阀门进行管路的开启和关闭控制。通过电加热、增压泵、蠕动泵、气体过滤器、气体流量计、气体比例调节阀等装置的检测、运转，维持反应器运行过程中的参数稳定。培养罐的控制器，用以采集培养罐运行时的各种状态参数，并进行自动或手动控制。

　　搅拌式动物细胞培养罐的基本功能

　　动物细胞培养的条件要求复杂，为获得更好的细胞培养效果，往往配备各种配件或仪器，以实现培养罐功能。细胞培养罐通常具备以下基本功能：

　　1) 搅拌控制功能。通过马达带动搅拌桨叶搅拌，实现液体的均匀混合，带动细胞或载体的悬浮，并具有较低的剪切力，降低对细胞的损伤。细胞培养罐搅拌系统可分为磁力搅拌和机械密封搅拌两种形式。前者采用先进的磁力搅拌器装置，使培养罐系统完全与外界隔绝，具有优良的系统密封性，保证了反应器长时间无菌运行安全性;后者采用改良的机械密封技术和独特的操作方法，避免了传统的机械密封泄露、不利于长时间无菌运转的弊端。

　　2) 温度控制功能。动物细胞培养罐采用夹套循环水进行温度控制，利用蒸汽或电加热器进行加热，注入冷却水进行降温。使用蒸汽加热能迅速提高培养罐温度，使用电加热器提高了培养罐温度控制的灵敏性和稳定性。

　　3) pH控制功能。使用pH电极进行检测，由控制程序PID自动控制酸碱液的加入，实现pH控制。

　　4) 溶氧控制功能。使用溶氧电极进行检测，由控制程序PID自动控制气体的加入，实现溶氧的控制。

　　5) 液位控制功能。使用培养罐进行灌流培养时，为保持培养体积的恒定，可使用液位电极或称重模块来实现控制。

　　6) 细胞截留功能。使用培养罐进行灌流培养时，使用旋转过滤器将细胞截留在反应器之内，可提高细胞培养密度。

　　7) 蒸汽灭菌功能。动物细胞培养罐具备手动灭菌和自动灭菌两种方式，能够稳定实现在线蒸汽灭菌功能。

　　8) PID 软件控制功能。动物细胞培养罐采用触摸屏控制和计算机终端远程控制两种模式，具有数据显示、工艺状态显示，工艺参数控制、校正，数据记录存储、历史数据查询等功能，符合GMP 管理对制品的记录和可追溯性要求。配备有计算机终端远程控制功能，操作人员通过终端机即可实现对反应器的操作和监控。

　　动物细胞培养用搅拌式动物细胞培养罐还具备以下特点：

　　管路布局合理、简洁，有效消除管路灭菌死角，并实现了管路在线灭菌功能。灭菌操作简单方便，灭菌效果可靠，为反应器无菌控制提供了有效保障。

　　深层通气系统采用微泡发生器，使气泡更小、更均匀，溶氧传递效果良好。

　　支架管路系统通过优化设计，减少气体使用的种类，使用方便。

　　电极、仪表、控制器、阀门等重要设备和元器件，均选用品质优良的进口设备，充分保证了反应器使用可靠性和运行稳定性。

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