1. Биореактор с мешалкой
В биореакторах с мешалкой используются лопастные мешалки, обеспечивающие перемешивание жидкой фазы. Он имеет большой рабочий диапазон, хорошее перемешивание и равномерность концентрации, поэтому широко используется в биологических реакциях.
Однако, поскольку клетки животных не защищены клеточными стенками, они очень чувствительны к сдвигу, и прямое механическое перемешивание может легко их повредить. Традиционный биореактор с мешалкой для микроорганизмов явно не подходит для культивирования животных клеток.
Поэтому биореакторы с перемешиванием в культуре клеток животных были усовершенствованы, в том числе улучшен способ подачи кислорода, форма перемешивающих лопастей и добавление аксессуаров в реактор.
(1) Улучшение способа доставки кислорода
Как правило, биореакторы с мешалкой часто сопровождаются барботированием для обеспечения кислорода, необходимого для роста клеток. Поскольку клетки животных также чувствительны к сдвигу пузырьков, была проделана большая работа по улучшению способа снабжения кислородом.
Подача кислорода в клетку - это один из методов подачи кислорода в биореакторах с возбужденными клетками животных, то есть пузырьки разделены проволочной сеткой и не контактируют напрямую с клетками. Это обеспечивает смешивание с минимальным сдвигом, насколько это возможно для удовлетворения требований роста клеток.
(2) Улучшение мешалки
Форма мешалки оказывает большое влияние на рост клеток. Улучшение в этом отношении в основном касается того, как уменьшить силу сдвига на клетках. Некоторые люди улучшили форму мешалки и добавили аксессуары в реактор. Эксперименты показывают, что усовершенствованный биореактор подходит для культивирования чувствительных к сдвигу клеток с высокой плотностью. В биореакторе используется ленточная мешалка с двойной спиралью и 3 поверхностными перегородками, установленными на верхней крышке фланца. Прилежащий угол каждой перегородки относительно радиального направления составляет 30°, и она вертикально вставлена в поверхность жидкости. Наличие перегородок уменьшает вихри на поверхности жидкости. Такой биореактор выдерживает небольшое усилие сдвига, и в эксперименте с культурой клеток насекомых конечная плотность культуры достигает 6 × 106 клеток/мл, а выживаемость составляет более 98%.
2. Биореактор без перемешивания
Самый большой недостаток биореактора с мешалкой для культуры клеток животных заключается в том, что сила сдвига велика, и клетки легко повреждаются. Несмотря на различные усовершенствования, этой проблемы по-прежнему трудно избежать. Напротив, реакторы без перемешивания генерируют меньшую силу сдвига и демонстрируют большие преимущества в культуре клеток животных.
(1) Биореактор с уплотненным слоем представляет собой наполнитель из определенного материала в реакторе для прилипания клеток к росту. Питательный раствор обеспечивается циркулирующей перфузией и может непрерывно пополняться в течение цикла. Кислород, необходимый для роста клеток, также может переноситься циркулирующим питательным раствором вне реактора, так что пузырьки воздуха не могут повредить клетки. Этот тип биореактора имеет низкое усилие сдвига и подходит для роста клеток с высокой плотностью.
(2) Биореакторы с полыми волокнами широко используются в культуре клеток животных из-за их небольшого усилия сдвига. Этот тип реактора состоит из полых волоконных трубок, каждая из которых имеет внутренний диаметр около 200 мкм и толщину стенок от 50 до 70 мкм. Стенка трубки представляет собой пористую мембрану. Небольшие молекулы, такие как O2 и CO2, могут свободно диффундировать через мембрану. Клетки животных прикрепляются к внешней стенке половолоконной трубки для роста, что позволяет легко получать кислород.
(3) Воздушный биореактор также является одним из наиболее часто используемых видов оборудования для создания культур клеток животных с высокой плотностью, которое характеризуется простой конструкцией и удобством в эксплуатации. Некоторые люди использовали технологию культивирования микроносителей в эрлифтном биореакторе для изучения технологических условий высокоплотной культуры клеток Vero. Доказано, что клетки Vero культивировали путем подвешивания микроносителей в эрлифтном биореакторе. При условии добавления соответствующего количества защитного агента и достаточного снабжения питательными веществами клетки могли нормально расти на поверхности микроносителей, а конечная плотность могла достигать 1,13×106 клеток/мл.