生物反应器的放大原理是怎么样的？
时间：2023-02-08 阅读：770
生物反应器放大的目的是增加产量，同时保持相似的产品质量。这意味着必须跨规模保持相当的细胞特异性生产力、细胞密度和活性以及细胞代谢。为了实现这一点，尽可能多的操作参数必须保持不变。
在工艺放大过程中，温度、pH、溶氧设定点和补液策略等与规模无关的变量很容易保持不变（表4）。然而，与规模相关的参数，如搅拌、叶轮叶尖速度、混合时间、雷诺数和通气流速，在整个放大过程中不能同时保持不变。这是因为它们对搅拌速度、叶轮直径和容器直径具有不同的依赖性。
这些参数会影响运营成本、培养异质性、气体转移特性以及施加于细胞的剪切应力。从本质上讲，生物反应器的放大涉及多方面的权衡和妥协。
虽然搅拌罐生物反应器的体积功率输入通常保持在10-80W/m3的范围内，但其它因素，即混合速度、混合时间、叶轮叶尖速度和雷诺数，根据生产规模的不同而有不同的值。如表5所示，搅拌速度随着规模的增加而降低。
然而，由于叶轮尺寸增加，叶轮叶尖速度和雷诺数遵循相反的趋势。然后由于容器直径的增加，混合时间也随着规模的增加而增加。
几何相似性
几何相似性通常是用于放大生物反应器的一个标准。如果罐直径增加，所有其它长度（罐高度、叶轮直径和叶轮宽度）都会增加相同的比例因子。一般来说，用于细胞培养的生物反应器罐的高径比(H/D)对于台式生物反应器为1-2，对于中试和工业规模的生物反应器为2-3。
然而，保持H/D会影响与表面和体积相关的因素，例如热传递、气体传递和混合。由于在罐壁上发生热交换，每单位体积的热传递随着体积的增加而减少。恒定的H/D纵横比也将显著降低表面积与体积比(Ac/V)，从而降低表面通气对O2和CO2汽提的贡献。因为气体传输速率的重要性以及对混合速度和气体流速的限制，这对于剪切敏感细胞至关重要。