常见的生物反应器规模放大策略

 生物反应器是生物技术领域中用于细胞培养、微生物发酵和生物制药等过程的关键设备。随着生物技术的快速发展，将实验室规模的生物反应器放大到工业化生产规模，是生物制品商业化进程中的重要一步。这里介绍几种常见的生物反应器规模放大策略，带您了解这一过程中的挑战与解决方案。
一、什么是生物反应器规模放大？
生物反应器规模放大，是指在保持生物过程稳定性和产物质量的前提下，将实验室小规模生物反应器的操作参数和设计放大到中试规模、甚至工业化生产规模的过程。这一过程涉及到反应器的设计、操作条件的优化、过程控制策略的调整等多个方面。
二、生物反应器规模放大的挑战
1. 混合效率：随着反应器体积的增大，混合效率成为一大挑战，直接影响细胞的生长和代谢。
2. 传质和传热：大规模反应器中，传质和传热问题更加突出，影响反应器的性能。
3. 氧气传递：大规模反应器中，氧气的传递效率降低，可能导致细胞缺氧。

4. 过程控制：随着规模的增大，过程控制变得更加复杂，对控制系统的要求更高。

三、生物反应器规模放大策略
1. 尺度放大策略
（1）几何相似放大：保持反应器的形状和尺寸比例不变，直接按比例放大。这种方法适用于简单几何形状的反应器，但可能导致混合效率下降。
（2）体积放大：通过增加反应器体积来实现规模放大，同时调整反应器的设计，以保持混合效率。
2. 参数优化策略
（1）操作参数优化：包括搅拌速度、通气量、温度、pH值等，这些参数需要根据放大后的反应器特性进行调整。
（2）培养基优化：随着规模的增大，培养基的成分和浓度可能需要调整，以适应大规模培养的需求。
3. 过程控制策略
（1）过程模拟：利用计算机模拟技术，对生物反应过程进行模拟，预测放大后的反应器性能。
（2）先进控制技术：采用PID控制、模糊控制、模型预测控制等先进控制技术，提高过程控制的精度和稳定性。
4. 反应器设计改进策略
（1）多级搅拌：通过设置多级搅拌系统，提高混合效率，适用于大规模反应器。
（2）内置气体分布器：优化气体分布器的设计，提高氧气的传递效率。
（3）流态化床反应器：采用流态化床技术，提高传质和传热效率。
四、案例分析
以哺乳动物细胞CHO细胞培养为例，从小试到工业化生产的规模放大过程中，可以采用以下策略：
1. 在小试阶段，使用摇瓶或小规模搅拌式反应器进行细胞培养。
2. 进入中试阶段，采用规模较大的搅拌式反应器，同时对操作参数进行优化。
3. 在工业化生产阶段，采用大型搅拌式反应器或流态化床反应器，结合自动控制技术，实现规模放大。

       生物反应器规模放大是生物技术领域的一项重要技术挑战。通过采用合适的放大策略，我们可以在保持生物过程稳定性和产物质量的同时，实现从小试到工业化生产的跨越。随着生物技术的不断进步，生物反应器规模放大策略将不断完善，为生物制品的商业化生产提供有力支持。在这个过程中，生物工程师们将继续探索更加高效、稳定的放大方法，推动生物制药行业的持续发展。

     细胞规模化扩大生产工艺中,DO值是指反应器内的溶氧参数。溶氧值在微生物发酵罐和细胞培养发酵罐中都显得尤为重要。楚怡 BioCore-SUB  一次性生物反应器动物细胞培养不锈钢罐 采用梅特勒/汉密尔顿系列溶氧值检测探头并与氧气、氮气、CO2、空气等四气体转速级控制系统结合PID进行关联补偿。可以准确控制溶氧值，精度达±1%。

      PH传感器对细胞培养来说很重要，楚怡生物反应器的所使用的PH传感器为进口梅特勒系列的数字智能传感器，它不仅具有耐高温杀菌、适应CIP清洗、耐腐蚀等特点，此类数字传感器还采用数字的方式将测量信号输送至变送器，从而能够使捕捉到的信息及时、准确地反馈给处理系统。通过配合PID控制系统可以使罐内的PH值精度控制在±0.01；

     介于国外 生物反应器采购成本高昂，售后服务不便，型号固定、货期长等因素，我国自主研发设备生产的发酵罐目前已广泛应用于菌种筛选、菌种生产、种子制备等环节，一些国内发酵罐专业生产商甚至可根据客户要求的尺寸进行定制化操作   ,比如楚怡除生产固定型号规格外，还可以根据客户要求定制不同级别、规格的生物反应器 主要用于微生物培养、种子制备、浮细胞培养、贴壁细胞培养、微载体培养等，实现了厂商直供，一罐多用，满足不同的用户需求。苏州阿尔法生物还同时提供免费的安装服务、免费技术支持、免费操作指导等服务。