1. Влияние скорости вращения на культуру биореактора
В настоящее время все больше и больше продуктов производятся в больших масштабах с использованием биореакторов в биологической области. Для культивирования различных клеток в биореакторах требуются разные скорости вращения. Как часто используемый рабочий параметр, скорость перемешивания может не только влиять на смешивание жидкой фазы и скорость передачи материальной энергии, но также вызывать сдвиг жидкости и столкновение микроносителей.
Лу Минхуа и др. использовали биореактор BC-7L для культивирования суспендированных клеток BHK-21 и пришли к выводу, что при скорости вращения 40 об/мин было замечено, что больше клеток оседает на дне реактора. Когда скорость вращения была увеличена до 70 об/мин, на дне реактора не было осевших клеток, но было замечено, что больше клеток агрегировалось. Поэтому скорость вращения была дополнительно увеличена до 100 об/мин, и проблема агломерации клеток была решена, и клетки хорошо росли. 100 об/мин — оптимальная скорость перемешивания.
Скорость различается из-за разных типов клеток, методов культивирования и т. д. Рабочая скорость реактора контролируется его потребностями. Разные скорости дают разные результаты для результатов культивирования клеток.
2. Влияние температуры на культуру биореактора
Температура культивирования клеток обычно составляет 35-37 ℃, оптимальная температура составляет 37 ℃, и она контролируется в пределах ±0,25 ℃. В процессе культивирования клеток млекопитающих, если температура культивирования понижена, рост и метаболизм клеток замедлятся, но жизнеспособность клеток может быть лучше сохранена.
Yi Xiaoping et al. изучали влияние температуры на рост рекомбинантных клеток BHK. Результаты показали, что по сравнению с 37 ℃, увеличение или уменьшение температуры приведет к снижению скорости и плотности роста клеток, а уменьшение температуры продлит период гистерезиса роста клеток. Однако толерантность культивируемых клеток к низкой температуре выше, чем к высокой температуре. Во время регулировки параметров реактора необходимо не допускать слишком высокого повышения температуры, особенно потому, что системы культивирования клеток животных часто используют низкоскоростное перемешивание, плохое смешивание и низкую эффективность передачи. В частности, всегда существует градиент температуры от внешней стенки резервуара к внутренней части системы культивирования, поэтому к мониторингу и контролю температуры предъявляются строгие требования.
3. Влияние значения pH на культуру биореактора
Контроль значения pH очень важен для культуры клеток животных. pH может влиять на адгезию, рост, выживаемость и другие функции клеток животных. Диапазон pH клеток животных обычно составляет от 6,8 до 7,4. Значения pH ниже 6,8 или выше 7,4 будут оказывать неблагоприятное воздействие на клетки.
Юань Цзяньцинь и др. установили 6 различных значений pH (6,4, 6,8, 7,2, 7,4, 7,6, 7,8) для наблюдения за ростом фибробластов куриных эмбрионов. Результаты показали, что фибробласты куриных эмбрионов росли лучше и стабильнее в диапазоне от 7,4 до 7,6.
Лу Минхуа и др. использовали биореактор BC-7L для культивирования суспензионных клеток BHK-21 и подтвердили, что изменения pH в пределах определенного небольшого диапазона не окажут большого влияния на рост клеток, но если изменение велико, это заставит клетки расти медленно и в плохом состоянии. Экспериментальные результаты показывают, что при pH 7,4 рост клеток является наилучшим.
4. Влияние DO на культуру биореактора
Растворенный кислород в биореакторе достигается путем пропускания смеси кислорода и воздуха в культуральную среду через распределитель пузырьков. Структурная форма распределителя пузырьков в значительной степени определяет состояние растворенного кислорода в биореакторе.
Подсистема контроля растворенного кислорода разделена на две основные системы: поверхностную и глубокую вентиляцию. Система глубокой вентиляции использует генератор микропузырьков для обеспечения растворенного кислорода. Пузырьки мелкие и однородные, а эффект переноса растворенного кислорода хороший. Кроме того, эффект массопереноса и теплопереноса значительно увеличивается за счет оптимизации конструкции с помощью перемешивающей лопасти. Поверхностная вентиляция может быстро впрыскивать свежий воздух в реактор и поверхностный слой, увеличивая коэффициент переноса жидкого кислорода на поверхности.
Как поддерживать определенную концентрацию растворенного кислорода (РК) без повреждения клеток — ключевой фактор в крупномасштабном культивировании животных клеток. Клетки не могут выживать в условиях гипоксии. Слишком низкий уровень растворенного кислорода повлияет на метаболизм клеток и, следовательно, на рост клеток; слишком высокий уровень растворенного кислорода не только окажет токсическое воздействие на клетки, подавит рост клеток, но и увеличит производственные затраты. Потребность клеток в кислороде различна на разных стадиях роста. Способность клеток потреблять кислород в период логарифмического роста особенно велика. Как правило, концентрация растворенного кислорода в крупномасштабных процессах культивирования контролируется на уровне от 20% до 60% от насыщения воздухом. Определенную концентрацию растворенного кислорода можно поддерживать, регулируя соотношение воздуха, кислорода и азота в подаче газа или увеличивая скорость перемешивания.