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生物反應器（Bioreactor）是一種為生物體（如細胞、微生物、組織等）提供適宜生長和代謝環境的設備，通過精確控制溫度、pH、溶氧、營養物質濃度等參數，實現生物體的高效培養和目標產物的生產。它廣泛應用于生物制藥、食品工業、環境保護、能源開發等領域，是現代生物技術中的核心工具之一。
一、生物反應器的分類根據應用對象和功能的不同，生物反應器可分為以下幾類： - 微生物發酵反應器
- 用途：用于細菌、酵母、真菌等微生物的發酵，生產抗生素、酶、有機酸等。
- 特點：體積大（可達數百立方米），操作簡單，適合大規模工業化生產。
- 動物細胞培養反應器
- 用途：用于培養哺乳動物細胞，生產疫苗、抗體、重組蛋白等。
- 特點：對無菌條件要求高，需要精確控制溶氧和剪切力，以避免細胞損傷。
- 植物細胞/組織培養反應器
- 用途：用于植物細胞的大規模培養，生產次生代謝產物（如黃酮類、生物堿）。
- 特點：需要模擬植物生長環境，提供光照、激素等條件。
- 酶反應器
- 用途：用于固定化酶的催化反應，生產食品添加劑、藥物中間體等。
- 特點：反應條件溫和，產物純度高。
二、生物反應器的關鍵技術參數- 溫度控制
- 微生物和細胞對溫度敏感，通常需要控制在25-37℃之間。
- pH調節
- 不同生物體對pH的要求不同，如細菌培養pH通常為6.5-7.5，動物細胞培養pH為7.2-7.4。
- 溶氧（DO）控制
- 微生物發酵和動物細胞培養需要充足的氧氣供應，溶氧水平直接影響代謝效率。
- 攪拌與剪切力
- 攪拌速度需適中，避免對細胞造成機械損傷（尤其是動物細胞）。
- 營養物質供給
- 通過補料系統實時添加碳源、氮源、微量元素等，維持生物體的生長和代謝。
三、生物反應器的應用領域- 生物制藥
- 生產疫苗、抗體、重組蛋白藥物等。
- 例如：單克隆抗體藥物的生產需要大規模動物細胞培養反應器。
- 食品工業
- 生產酶制劑（如淀粉酶、蛋白酶）、發酵食品（如酸奶、醬油）。
- 例如：利用微生物發酵生產食品添加劑。
- 環境保護
- 處理廢水、廢氣，降解有機污染物。
- 例如：利用微生物反應器降解石油污染。
- 能源開發
- 生產生物燃料（如乙醇、氫氣）。
- 例如：利用纖維素酶解反應器將生物質轉化為燃料。
- 組織工程
- 培養人工組織或器官，用于醫學移植。
- 例如：利用生物反應器培養皮膚、軟骨等組織。
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發表于 2025-5-28 08:54:39
