動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)裝置和酶反應(yīng)器

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1、第六章動(dòng)、植物細(xì)胞培養(yǎng)裝置和酶反應(yīng)器第一節(jié)動(dòng)、植物細(xì)胞培養(yǎng)裝置動(dòng)、植物細(xì)胞培養(yǎng)與微生物培養(yǎng)區(qū)別：1、“貼壁培養(yǎng)”；2、對(duì)培養(yǎng)基的營養(yǎng)要求相當(dāng)苛刻；3、對(duì)培養(yǎng)液因攪拌而產(chǎn)生的流體剪切力很敏感；4、培養(yǎng)所需時(shí)間要比微生物培養(yǎng)長。5、植物細(xì)胞比微生物細(xì)胞大，生長停止時(shí)細(xì)胞濃度高，培養(yǎng)液粘度大。一、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)裝置動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用是多方面的。許多有重要價(jià)值的蛋白質(zhì)生物制品，如病毒疫苗、干擾素、單克隆抗體等，都可以借助于動(dòng)物細(xì)胞的大規(guī)模培養(yǎng)來生產(chǎn)。用取自燒傷病人皮膚的健康細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)，可以獲得大量自身的皮膚細(xì)胞，為大面

2、積燒傷的病人移植。培養(yǎng)的動(dòng)物細(xì)胞還可以用于檢測(cè)有毒物質(zhì)。許多致畸、致癌物質(zhì)加入培養(yǎng)液后，培養(yǎng)細(xì)胞會(huì)發(fā)生染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)目的變異。根據(jù)變異細(xì)胞占全部培養(yǎng)細(xì)胞的百分?jǐn)?shù)，可以判斷某種物質(zhì)的毒性?，F(xiàn)在動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)已經(jīng)成為檢測(cè)有毒物質(zhì)的快速而靈敏的有效手段。醫(yī)學(xué)家培養(yǎng)各種正常的或病變的細(xì)胞，用于生理、病理、藥理等方面的研究，為治療和預(yù)防疾病提供理論依據(jù)。動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)液中通常含有葡萄糖、氨基酸、無機(jī)鹽、維生素和動(dòng)物血清等。培養(yǎng)的動(dòng)物細(xì)胞大都取自動(dòng)物胚胎或出生不久的幼齡動(dòng)物的器官或組織，將組織取出來后，先用胰蛋白酶等使組織分散成單

3、個(gè)細(xì)胞，然后配制成一定濃度的細(xì)胞懸浮液，再將該懸浮液放入培養(yǎng)瓶中，在培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，這個(gè)過程稱為原代培養(yǎng)。細(xì)胞在培養(yǎng)瓶中貼壁生長。隨著細(xì)胞的生長和增殖，培養(yǎng)瓶中的細(xì)胞越來越多，需要定期地用胰蛋白酶使細(xì)胞從瓶壁上脫離下來，配制成細(xì)胞懸浮液，分裝到兩個(gè)或兩個(gè)以上的培養(yǎng)瓶中培養(yǎng)，這稱為傳代培養(yǎng)。1、動(dòng)物細(xì)胞懸浮培養(yǎng)生物反應(yīng)器生物反應(yīng)器的特點(diǎn)是攪拌槳是用尼龍絲編織帶制成船帆形，攪拌軸也用磁力驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為20～50r/min，氧氣通過插入溶液中的硅膠管擴(kuò)散到培養(yǎng)液內(nèi)，維持液內(nèi)一定的溶氧水平。圖6－1帶帆形攪拌器的罐注系統(tǒng)培

4、養(yǎng)裝置圖6－2非貼壁依賴性細(xì)胞培養(yǎng)中試及生產(chǎn)規(guī)模反應(yīng)器中試及工業(yè)規(guī)模的動(dòng)物細(xì)胞懸浮培養(yǎng)反應(yīng)器混和攪拌器2、動(dòng)物細(xì)胞貼壁培養(yǎng)的反應(yīng)器圖6－3培養(yǎng)用的滾瓶滾瓶（旋轉(zhuǎn)）裝置磁性攪拌裝置中孔纖維培養(yǎng)器圖6－4中孔纖維培養(yǎng)器該裝置是由中空纖維管組成，每根中空纖維管內(nèi)徑為200μm，壁厚為50～70μm，中空纖維管的管壁是半透性的多孔膜，氧與二氧化碳等小分子可以自由地透過膜雙向擴(kuò)散，而大分子的有機(jī)物則不能透過。動(dòng)物細(xì)胞貼附在中空纖維管外壁生長，可很方便地獲取營養(yǎng)物質(zhì)和溶氧。3、動(dòng)物細(xì)胞微載體懸浮培養(yǎng)反應(yīng)器微載體貼壁培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)

5、胞的載體微珠稱為微載體。該微珠可用交換當(dāng)量低的葡聚糖凝膠、聚丙烯酰胺、明膠或甲殼質(zhì)等來制造，微載體球徑約為40～120μm，經(jīng)生理鹽水溶脹后，其直徑約60～280μm。用于動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)，要求球徑較為均勻，徑差小于20～25μm。溶脹后的載體比重稍大于培養(yǎng)液的比重，一般要求密度在1.03～1.05g/mL，以便在反應(yīng)器內(nèi)經(jīng)緩慢攪拌后，微載體能懸浮起來。圖6－5動(dòng)物細(xì)胞貼壁培養(yǎng)后的微載體顯微鏡照片微載懸浮培養(yǎng)的反應(yīng)器要解決的三個(gè)關(guān)鍵問題：（1）具有合適的攪拌，使微載體在培養(yǎng)液內(nèi)懸浮循環(huán)流動(dòng)，而又不因過高的剪切力而使動(dòng)

6、物細(xì)胞受到破壞。（2）不能像傳統(tǒng)發(fā)酵罐那樣用空氣在培養(yǎng)液內(nèi)鼓泡充氧，而只能用特殊方式來傳遞氧，以滿足所需要的溶氧濃度。（3）在培養(yǎng)液中要嚴(yán)格控制pH值，要求pH值控制誤差小于0.05。（1）中空纖維來作通氣裝置的微載體懸浮培養(yǎng)反應(yīng)器中空纖維來作通氣裝置的微載體懸浮培養(yǎng)反應(yīng)器，其H/D約為1.2～1.5，培養(yǎng)液通過下層螺旋槳攪拌器被緩慢地?cái)噭?dòng)循環(huán)，轉(zhuǎn)速可在0～80r/min之間調(diào)節(jié)，使微載體在培養(yǎng)液中保持懸浮狀態(tài)。該反應(yīng)器最大的特點(diǎn)是用直徑為2.5mm的聚四氟乙烯中空纖維管作為通氣供氧裝置。圖6－6帶中空纖維束的動(dòng)物

7、細(xì)胞懸浮培養(yǎng)反應(yīng)器（2）、氣腔式動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器反應(yīng)器內(nèi)只有一個(gè)旋轉(zhuǎn)圓筒，在圓筒上部有3～5個(gè)中空的導(dǎo)向攪拌槳葉，在圓筒外壁上用200目（75μm）不銹鋼絲網(wǎng)焊成一個(gè)環(huán)狀氣腔，氣腔下面有一圈氣體分布管。反應(yīng)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，圓筒由軸聯(lián)動(dòng)一起以0～50r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，培養(yǎng)液由于中空導(dǎo)向槳葉的攪動(dòng)作用，液體與微載體的懸浮液由圓筒下部吸入，從中空導(dǎo)向槳葉流出，形成循環(huán)流動(dòng)。在氣腔內(nèi)氣體由分布管鼓泡，氣體溶于液體中，依靠氣腔絲網(wǎng)外液體的循環(huán)流動(dòng)及擴(kuò)散作用，使溶于液體中的氣體成分均勻地分布到反應(yīng)器內(nèi)，使用200目（75μm）

8、絲網(wǎng)的作用是保證微載體不進(jìn)入到氣腔，而氣泡也不流入到培養(yǎng)懸浮液中，避免了氣泡直接與動(dòng)物細(xì)胞的接觸。圖6－7氣腔式動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器5升動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器50升動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器二、植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器通用式發(fā)酵罐、鼓泡式、氣升式和旋轉(zhuǎn)圓筒式的生物反應(yīng)器都可用于植物細(xì)胞培養(yǎng)。工業(yè)規(guī)模進(jìn)行煙草植物細(xì)胞的連續(xù)培養(yǎng)裝置：植物細(xì)胞培養(yǎng)的強(qiáng)制循環(huán)生物反應(yīng)器氣升環(huán)流式植物