智能生物反应器的工程设计安装与维护
目前，细胞表达体系产生的单克隆抗体、疫苗、蛋白质、生长因子等高附件值医药产品具有广阔的市场应用前景。细胞生物反应器成为医药产业发展的关键工程设备，决定了企业的成本投入、生产规模和产品品质。传统的反应器制造理念受到传统观念束缚，脱离生产工艺需求。本文在总结智能生物反应器的现状、原理、结构和主要功能基础上，总结出一套先进的智能生物反应器工程设计、安装、维护与保养的理念，可以显著加快反应器智能化进程，确保生产的高效性和稳定性。
目录
一、引言 3
（一） 智能生物反应器的现状 3
（二）智能生物反应器的结构 3
（三）智能生物反应器的主要功能控制 4
二、 智能生物反应器的工程设计 5
（一）设计原则 5
（二）设计理念 5
（二）设计步骤 8
三、 智能生物反应器的安装 8
（一）罐体管道（见图5）的安装 8
（二）阀门的安装 10
（三）控制系统安装 10
四、智能生物反应器的维护 13
（一）维修前准备 13
（二）小修 14
（三）中修 14
（四）大修 14
总结 15
致谢 16
一、引言
智能生物反应器的现状
现如今生物细胞的培养一直是科学家们十分重视的研究领域，自1907年美国人Harrison将蝌蚪的神经组织体外成功培养后的将近一个世纪里，生物细胞培养在动物病毒研究以及疫苗生产中起到了非常重要的作用。通过生物细胞的培养，得到了许多有价值的生物质，如疫苗，诊断试剂，干扰素和单克隆体等，为人类的健康提供了有利的保障。
生物细胞的培养生产技术在现阶段的医药方面的行业起到了很重要的作用，在各个行业发挥着很大的力量，对于食品业、农业、制造业也起到了很重要的作用。机械搅拌式动物细胞培养罐是指在设有机械搅拌装置的罐体内，利用动物细胞的生物学特性，采用批次性培养或者灌流方式使细胞增殖的培养设备。国内外生物制药行业习惯称之为生物反应器（Bioreactor）。
机械智能生物反应器是最先被采用的一批生物反应器，它是最原始最经典的一款 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
。在众多反应器的类型中，这种最能体现出是如何进行细胞培养的，它是由马达、泵、磁流体、罐体、搅拌桨叶等部件组合起来的。它的工作原理就是由马达连接到磁流体上，转动磁流体带动桨叶的旋转。然后桨叶进行搅动培养基。然后依靠外部的PH、溶氧等监测设备对内部培养基的酸碱度进行测量。实时补料，可以保护生物细胞的存活率。增进生产。
目前，FDA批准的主流生物反应器的生产工艺为机械智能生物反应器流加培养工艺，也是当前生物细胞培养的主流。原因在于：机械智能生物反应器既可用于悬浮细胞培养也可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繁殖提供均质的环境；产品质量稳定，就非常适用于工厂生产生物制品。虽然搅拌所产生的剪切力对于生物细胞有一定的影响，但是通过在培养基中添加一些血清、葡萄糖、牛血清白蛋白及非离子表面活性剂Pluronic F68等物质可降低剪切力带来的负面影响。
针对动物细胞培养的机械搅拌式动物细胞培养罐（生物反应器）正在发展中。目前，全球10000升及以上体积的反应器达到了一百多台，新建造的大型反应器大多数为一万两千升、一万五千升和两万升的，目前国内技术所能产出的最大为两万五千升，这些反应器几乎都是机械搅拌式动物细胞培养罐（生物反应器）。生物反应器是培养生物细胞的主要设备，造价和售价都需要大量的资金，它不仅为动植物细胞提供生长环境，而且还是决定其质量和产量的主要因素之一，故这款设备的价格稍为昂贵。
（二）智能生物反应器的结构
工业使用的生物细胞反应器的罐体大部分使用的材料都是不锈钢的，设计时需要参照耐压容器的要求。罐体上面或者下面需要安装一个马达，使它带动浆液进行搅拌，让内部的培养液处于流动状态。可以使培养液内混合，和其它介质相融合还可以传递介质；细胞生物反应器侧面或者上面可以安装在线传感器（温度传感器、pH传感器、溶氧传感器），把它们与控制器相连，就可以持续的测量出罐子内部培养液的培养参数；当然，生物细胞反应器配备的传感器种类越多，生物反应器的自动化程度也就越高；在整个培养过程中，依靠各种种类的传感器，生物细胞反应器能持续在现的检测并且调整系统内部的PH、温度、溶氧等适宜细胞生长、繁殖的重要参数，让它们始终保持最佳的数据；顶部装有玻璃视镜和视镜灯，用于观察反应器内部；侧面安装有取样阀，便于取出样品；罐体底部安装有罐底隔膜阀用于培养液的排放。罐体的设计还应该便于在线清洁和灭菌，避免死角的出现。
生物反应器的支架管路，是给反应器提供汽（气）体、液体的通道，通过各种阀门进行管路的闭合和开启控制。通过电加热、蠕动泵、增压泵、气体流量计、气体过滤器、气体比例调节阀等装置的检测、运转、使反应器运行过程中的参数保持稳定。
反应器的控制器作用于采集反应器运行时的各种状态参数，并进行手动或自动控制。
（三）智能生物反应器的主要功能控制
1.pH值的控制方法
发酵需要在恒定或者小范围的PH值内进行才是效果最好最有效的方法，应为发酵对象有时会具有不确定性和较大的时滞性等等特点。因为PH很复杂的特性，采用常规的控制想要达到理想的效果是很困难的，研究发现，依靠智能控制的PH值能够很好的实现出PH的控制。可以智能的加入酸或者碱来调节PH的酸碱度。
温度的控制方法
在发酵过程中，环境温度的变化对于生物细胞的培养还是挺重要的，由于细菌的生产和繁殖以及产物的合成都需要有不同的适宜的温度，在发酵过程开始之前，反应还没有充分的进行到。细胞自身所产生的热量就比较少，不能够自己产生热量供给，所以这时候就需要有外界的帮助促使细菌的生长，这些都可以使用加热来完成。在发酵的后期，发酵过程中的一些反应可以产生热量，足够让细菌自热，但是也有可能细胞过热，这样会使细胞烧死。这时候就可以添加一些冷却水来调节温度，添加的冷却水可以使温度降到发酵适宜的温度。为了消除静差，采用FuzzyPID控制，在大偏差时采用模糊控制，可使上升时间短、超调小，在小偏差范围内进行PID控制，以消除静差，实现了对发酵环境的温度控制。(如图1)
图1 温度串级控制方框图
目录
一、引言 3
（一） 智能生物反应器的现状 3
（二）智能生物反应器的结构 3
（三）智能生物反应器的主要功能控制 4
二、 智能生物反应器的工程设计 5
（一）设计原则 5
（二）设计理念 5
（二）设计步骤 8
三、 智能生物反应器的安装 8
（一）罐体管道（见图5）的安装 8
（二）阀门的安装 10
（三）控制系统安装 10
四、智能生物反应器的维护 13
（一）维修前准备 13
（二）小修 14
（三）中修 14
（四）大修 14
总结 15
致谢 16
一、引言
智能生物反应器的现状
现如今生物细胞的培养一直是科学家们十分重视的研究领域，自1907年美国人Harrison将蝌蚪的神经组织体外成功培养后的将近一个世纪里，生物细胞培养在动物病毒研究以及疫苗生产中起到了非常重要的作用。通过生物细胞的培养，得到了许多有价值的生物质，如疫苗，诊断试剂，干扰素和单克隆体等，为人类的健康提供了有利的保障。
生物细胞的培养生产技术在现阶段的医药方面的行业起到了很重要的作用，在各个行业发挥着很大的力量，对于食品业、农业、制造业也起到了很重要的作用。机械搅拌式动物细胞培养罐是指在设有机械搅拌装置的罐体内，利用动物细胞的生物学特性，采用批次性培养或者灌流方式使细胞增殖的培养设备。国内外生物制药行业习惯称之为生物反应器（Bioreactor）。
机械智能生物反应器是最先被采用的一批生物反应器，它是最原始最经典的一款 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
。在众多反应器的类型中，这种最能体现出是如何进行细胞培养的，它是由马达、泵、磁流体、罐体、搅拌桨叶等部件组合起来的。它的工作原理就是由马达连接到磁流体上，转动磁流体带动桨叶的旋转。然后桨叶进行搅动培养基。然后依靠外部的PH、溶氧等监测设备对内部培养基的酸碱度进行测量。实时补料，可以保护生物细胞的存活率。增进生产。
目前，FDA批准的主流生物反应器的生产工艺为机械智能生物反应器流加培养工艺，也是当前生物细胞培养的主流。原因在于：机械智能生物反应器既可用于悬浮细胞培养也可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繁殖提供均质的环境；产品质量稳定，就非常适用于工厂生产生物制品。虽然搅拌所产生的剪切力对于生物细胞有一定的影响，但是通过在培养基中添加一些血清、葡萄糖、牛血清白蛋白及非离子表面活性剂Pluronic F68等物质可降低剪切力带来的负面影响。
针对动物细胞培养的机械搅拌式动物细胞培养罐（生物反应器）正在发展中。目前，全球10000升及以上体积的反应器达到了一百多台，新建造的大型反应器大多数为一万两千升、一万五千升和两万升的，目前国内技术所能产出的最大为两万五千升，这些反应器几乎都是机械搅拌式动物细胞培养罐（生物反应器）。生物反应器是培养生物细胞的主要设备，造价和售价都需要大量的资金，它不仅为动植物细胞提供生长环境，而且还是决定其质量和产量的主要因素之一，故这款设备的价格稍为昂贵。
（二）智能生物反应器的结构
工业使用的生物细胞反应器的罐体大部分使用的材料都是不锈钢的，设计时需要参照耐压容器的要求。罐体上面或者下面需要安装一个马达，使它带动浆液进行搅拌，让内部的培养液处于流动状态。可以使培养液内混合，和其它介质相融合还可以传递介质；细胞生物反应器侧面或者上面可以安装在线传感器（温度传感器、pH传感器、溶氧传感器），把它们与控制器相连，就可以持续的测量出罐子内部培养液的培养参数；当然，生物细胞反应器配备的传感器种类越多，生物反应器的自动化程度也就越高；在整个培养过程中，依靠各种种类的传感器，生物细胞反应器能持续在现的检测并且调整系统内部的PH、温度、溶氧等适宜细胞生长、繁殖的重要参数，让它们始终保持最佳的数据；顶部装有玻璃视镜和视镜灯，用于观察反应器内部；侧面安装有取样阀，便于取出样品；罐体底部安装有罐底隔膜阀用于培养液的排放。罐体的设计还应该便于在线清洁和灭菌，避免死角的出现。
生物反应器的支架管路，是给反应器提供汽（气）体、液体的通道，通过各种阀门进行管路的闭合和开启控制。通过电加热、蠕动泵、增压泵、气体流量计、气体过滤器、气体比例调节阀等装置的检测、运转、使反应器运行过程中的参数保持稳定。
反应器的控制器作用于采集反应器运行时的各种状态参数，并进行手动或自动控制。
（三）智能生物反应器的主要功能控制
1.pH值的控制方法
发酵需要在恒定或者小范围的PH值内进行才是效果最好最有效的方法，应为发酵对象有时会具有不确定性和较大的时滞性等等特点。因为PH很复杂的特性，采用常规的控制想要达到理想的效果是很困难的，研究发现，依靠智能控制的PH值能够很好的实现出PH的控制。可以智能的加入酸或者碱来调节PH的酸碱度。
温度的控制方法
在发酵过程中，环境温度的变化对于生物细胞的培养还是挺重要的，由于细菌的生产和繁殖以及产物的合成都需要有不同的适宜的温度，在发酵过程开始之前，反应还没有充分的进行到。细胞自身所产生的热量就比较少，不能够自己产生热量供给，所以这时候就需要有外界的帮助促使细菌的生长，这些都可以使用加热来完成。在发酵的后期，发酵过程中的一些反应可以产生热量，足够让细菌自热，但是也有可能细胞过热，这样会使细胞烧死。这时候就可以添加一些冷却水来调节温度，添加的冷却水可以使温度降到发酵适宜的温度。为了消除静差，采用FuzzyPID控制，在大偏差时采用模糊控制，可使上升时间短、超调小，在小偏差范围内进行PID控制，以消除静差，实现了对发酵环境的温度控制。(如图1)
图1 温度串级控制方框图
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/2180.html
