混合不僅可以保證均勻的條件
而且在提高傳質(zhì)方面
也起著重要的作用
這對(duì)于向細(xì)胞提供氧氣和剝離二氧化碳很重要
大型哺乳動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的混合通常由軸向泵葉輪提供，如傾斜葉片或水翼葉輪。與徑向流葉輪(如Rushton葉輪)相比，軸流葉輪達(dá)到相同混合效率所需混合轉(zhuǎn)速更低，故其施加在細(xì)胞上的剪切應(yīng)力較低。
在大型生物反應(yīng)器中，通常在容器周圍使用擋板，以誘導(dǎo)湍流。沒(méi)有擋板的存在，葉輪提供的循環(huán)能量不能充分促進(jìn)適當(dāng)混合所需的湍流運(yùn)動(dòng)。擋板的缺失也會(huì)導(dǎo)致中心渦旋的形成，這可能導(dǎo)致氣體在頂空和培養(yǎng)液之間不受控制的傳輸。另一種增加流動(dòng)湍流的策略是將葉輪軸偏心安裝。這主要用于擋板不方便的情況下，如單用途生物反應(yīng)器的情況。然而，使用偏心安裝的葉輪欲達(dá)到同心葉輪相同的混合次數(shù)需要大約兩倍的功率輸入。
混合與通過(guò)體積功率輸入(P/V)的曝氣有關(guān)，如式(1)所示。體積功率輸入是一個(gè)重要的工程參數(shù)，常被用作放大時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)，以確?？杀容^的培養(yǎng)同質(zhì)性。體積功率輸入可通過(guò)式(2)測(cè)量或計(jì)算，其中Np為無(wú)量綱功率數(shù)，N為混合速度，Di為葉輪直徑，V為體積。根據(jù)所用葉輪的類型，可以使用各種相關(guān)關(guān)系來(lái)評(píng)估攪拌容器的功率數(shù)，通常作為流動(dòng)狀態(tài)(雷諾數(shù))和展弦比的函數(shù)。當(dāng)流動(dòng)是紊流時(shí)，在有擋板的容器中，功率數(shù)變得與雷諾數(shù)無(wú)關(guān)。
式(1)
式(2)
對(duì)于生物反應(yīng)器中的CHO細(xì)胞培養(yǎng)物，通常調(diào)整混合速度以獲得10-80 W/m3范圍內(nèi)的P/V。設(shè)置混合條件時(shí)必須考慮的另一個(gè)關(guān)鍵因素是葉輪尖端速度。由于高的葉輪尖端速度(νt)產(chǎn)生高剪切應(yīng)力區(qū)，因此最小化νt是有利的。
在增加的空氣或氧氣噴射流量時(shí)，需要較低的混合速度，以保持氣體傳質(zhì)系數(shù)(kLa)恒定。這反過(guò)來(lái)又增加了混合時(shí)間，并可能在培養(yǎng)液中產(chǎn)生異質(zhì)性，包括由于不同的局部氣體傳質(zhì)系數(shù)而產(chǎn)生的顯著的溶解氧梯度。在較大的容器中，混合時(shí)間明顯更長(zhǎng)，這一事實(shí)可能進(jìn)一步加劇這一情況。
例如，混合時(shí)間從3 L臺(tái)式生物反應(yīng)器的10 s增加到工業(yè)規(guī)模生物反應(yīng)器的120 s。隨著混合時(shí)間的增加，pH、溶解氧、二氧化碳和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度梯度逐漸增大。這些梯度可能會(huì)產(chǎn)生重要影響，因?yàn)榧?xì)胞可能會(huì)通過(guò)一個(gè)非最佳操作條件的區(qū)域(所謂的微環(huán)境)，從而導(dǎo)致整體培養(yǎng)性能的降低。特別是糖基化模式被發(fā)現(xiàn)受到不同溶解氧水平的影響。pH不均一性也對(duì)活細(xì)胞密度和產(chǎn)品滴度產(chǎn)生負(fù)面影響。在生物反應(yīng)器中，由于存在良好的混合區(qū)域和增大的靜水壓力，在靠近葉輪的底部存在較高的氣體傳質(zhì)系數(shù)。為改善混合，通常建議盡量減少培養(yǎng)體積，并在葉輪附近進(jìn)行堿添加，以減少pH峰值。
生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)、形狀設(shè)計(jì)與功能息息相關(guān)，良好的反應(yīng)器形狀結(jié)構(gòu)有利于反應(yīng)器使用過(guò)程中的各種氣體傳導(dǎo)、優(yōu)良的攪拌混合，以及分壓控制，這使微生物/細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中各項(xiàng)需要依靠氣體調(diào)節(jié)控制培養(yǎng)條件可控性更好，工藝參數(shù)調(diào)節(jié)控制更加簡(jiǎn)單。百林科制造生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)良好，功能齊全，產(chǎn)品型號(hào)包括50L，200L，500L，1000L，2000L，滿足各個(gè)大小培養(yǎng)工藝需求，適用于工業(yè)級(jí)哺乳動(dòng)物、昆蟲(chóng)類細(xì)胞及其他低剪切力需求的細(xì)胞培養(yǎng)。
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參考文獻(xiàn)：
Lucas Lemire, Phuong Lan Pham, Yves Durocher, and Olivier Henry 《Practical Considerations for the Scale-Up of Chinese Hamster Ovary (CHO) Cell Cultures》
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