生物反應(yīng)器是指以活細(xì)胞或酶為生物催化劑進(jìn)行細(xì)胞增殖或生化反應(yīng)時(shí)，為微生物提供適當(dāng)?shù)纳L(zhǎng)條件使微生物能進(jìn)行生長(zhǎng)和新陳代謝的設(shè)備，是生物反應(yīng)過程關(guān)鍵設(shè)備。

動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器

　　動(dòng)物細(xì)胞體外培養(yǎng)時(shí)，生物反應(yīng)器是整個(gè)培養(yǎng)過程的關(guān)鍵設(shè)備，為細(xì)胞提供了一個(gè)適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，使之快速增殖并形成所需的生物組織制品。

　　1、攪拌式生物反應(yīng)器

　　攪拌式反應(yīng)器靠攪拌槳提供液相攪拌的動(dòng)力，它有較大的操作范圍、良好的混合性和濃度均勻性，因此在生物反應(yīng)中被廣泛使用。

　　由于動(dòng)物細(xì)胞沒有細(xì)胞壁的保護(hù)，因此對(duì)剪切作用十分敏感，直接的機(jī)械攪拌很容易對(duì)其造成損害，傳統(tǒng)的用于微生物的攪拌反應(yīng)器用作動(dòng)物細(xì)胞的培養(yǎng)顯然是不合適的。所以，動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)中的攪拌式反應(yīng)器都是經(jīng)過改進(jìn)的，包括改進(jìn)供氧方式、攪拌槳的形式及在反應(yīng)器內(nèi)加裝輔件等。

　　2、非攪拌式生物反應(yīng)器

　　攪拌式生物反應(yīng)器用于動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)存在的Zda缺點(diǎn)是剪切力大，容易損傷細(xì)胞，雖然經(jīng)過各種改進(jìn)，這個(gè)問題仍很難避免。相比之下，非攪拌式反應(yīng)器產(chǎn)生的剪切力較小，在動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)中表現(xiàn)出了較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。

　　①填充床反應(yīng)器是在反應(yīng)器中填充一定材質(zhì)的填充物，供細(xì)胞貼壁生長(zhǎng)。營(yíng)養(yǎng)液通過循環(huán)灌流的方式提供，并可在循環(huán)過程中不斷補(bǔ)充。細(xì)胞生長(zhǎng)所需的氧分也可以在反應(yīng)器外通過循環(huán)的營(yíng)養(yǎng)液攜帶，因而不會(huì)有氣泡傷及細(xì)胞。這類反應(yīng)器剪切力小，適合細(xì)胞高密度生長(zhǎng)。

　?、谥锌绽w維反應(yīng)器中空纖維反應(yīng)器由于剪切力小而廣泛用于動(dòng)物細(xì)胞的培養(yǎng)。

　?、蹥馍缴锓磻?yīng)器也是實(shí)現(xiàn)動(dòng)物細(xì)胞高密度培養(yǎng)的常用設(shè)備之一，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。有人在氣升式反應(yīng)器中利用微載體培養(yǎng)技術(shù)，研究了Vero細(xì)胞高密度培養(yǎng)的工藝條件。

植物細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器

　　由于植物細(xì)胞與微生物細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)不同，植物細(xì)胞較微生物細(xì)胞大，對(duì)剪切力耐受性差，而且對(duì)氧的要求相對(duì)微生物要低得多，因此微生物反應(yīng)器并不完全適合于植物細(xì)胞生長(zhǎng)與生產(chǎn)。用于植物細(xì)胞培養(yǎng)的生物反應(yīng)器主要有攪拌式、非攪拌式及其改進(jìn)型反應(yīng)器，另外還有植物細(xì)胞固定化反應(yīng)器和膜反應(yīng)器等。

　　1、機(jī)械攪拌式生物反應(yīng)器

　　機(jī)械攪拌式生物反應(yīng)器有較大的操作范圍，混合程度高，適應(yīng)性廣，在大規(guī)模生產(chǎn)中廣泛使用。攪拌罐中產(chǎn)生的剪切力大，容易損傷細(xì)胞，直接影響細(xì)胞的生長(zhǎng)和代謝，特別對(duì)于次級(jí)產(chǎn)物生成影響極大。攪拌轉(zhuǎn)速越高，產(chǎn)生剪切力越大，對(duì)植物細(xì)胞傷害越大。

　　對(duì)于有些對(duì)剪切力敏感的細(xì)胞，傳統(tǒng)的機(jī)械攪拌罐不適用。為此，對(duì)攪拌罐進(jìn)行了改進(jìn)，包括改變攪拌形式、葉輪結(jié)構(gòu)與類型、空氣分布器等，力求減少產(chǎn)生的剪切力，同時(shí)滿足供氧與混合的要求。

　　2、非攪拌式生物反應(yīng)器

　　相對(duì)于傳統(tǒng)攪拌式生物反應(yīng)器，非攪拌式生物反應(yīng)器所產(chǎn)生的剪切力較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此被認(rèn)為適合植物細(xì)胞培養(yǎng)，其主要類型有鼓泡式反應(yīng)器、氣升式反應(yīng)器和轉(zhuǎn)鼓式反應(yīng)器等。

　　鼓泡式反應(yīng)器優(yōu)于機(jī)械攪拌式反應(yīng)器。但由于鼓泡式反應(yīng)器對(duì)氧的利用率較低，如果用較大通氣量，則產(chǎn)生的剪切力會(huì)損傷細(xì)胞。研究表明，噴大氣泡時(shí)，湍流剪切力是YZ細(xì)胞生長(zhǎng)和損害細(xì)胞的重要原因。較大氣泡或較高氣速導(dǎo)致較高剪切力，從而對(duì)植物細(xì)胞有害。

　　氣升式反應(yīng)器廣泛應(yīng)用于植物細(xì)胞培養(yǎng)的研究和生產(chǎn)。氣升式反應(yīng)器用于多種植物細(xì)胞懸浮培養(yǎng)或固定化細(xì)胞培養(yǎng)，但其操作彈性較小，低氣速時(shí)，尤其H/D大，高密度培養(yǎng)時(shí)，混合性能欠佳。過量供氣，過高的氧濃度反而會(huì)影響細(xì)胞的生長(zhǎng)和次生代謝產(chǎn)物的合成。將氣升式發(fā)酵罐與慢速攪拌結(jié)合使用可彌補(bǔ)低氣速時(shí)混合性差的弱點(diǎn)，采用分段的氣升管，也有利于氧的利用與混合。

　　轉(zhuǎn)鼓式反應(yīng)器用于煙草細(xì)胞懸浮培養(yǎng)的研究發(fā)現(xiàn)，與有一個(gè)通風(fēng)管的氣升式反應(yīng)器相比，相同條件下轉(zhuǎn)鼓式反應(yīng)器中生長(zhǎng)速率高，其氧的傳遞及剪切力對(duì)細(xì)胞的傷害水平方面均優(yōu)于氣升式反應(yīng)器。

　　3、光生物反應(yīng)器

　　許多植物細(xì)胞培養(yǎng)過程中需要光照，往往考慮在生物反應(yīng)器基礎(chǔ)上增加光照系統(tǒng)，但在實(shí)際中存在很多問題，如光源的安裝、保護(hù)，光的傳遞，還有光照系統(tǒng)對(duì)反應(yīng)器供氣、混合的影響等。小規(guī)模實(shí)驗(yàn)往往采用外部光照，反應(yīng)器表面有透明的照明區(qū)，光源固定在反應(yīng)器外部周圍。但大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)透光窗的設(shè)置，內(nèi)部培養(yǎng)物對(duì)光的均勻接受等問題難以解決，因此許多人對(duì)采用內(nèi)部光源的生物反應(yīng)器進(jìn)行了研究。

微藻培養(yǎng)生物反應(yīng)器

　　根據(jù)微藻自身的營(yíng)養(yǎng)特點(diǎn)，可通過光能自養(yǎng)和化能異養(yǎng)兩種方式來培養(yǎng)微藻。微藻培養(yǎng)用生物反應(yīng)器一般可分為：封閉式光生物反應(yīng)器和敞開式光生物反應(yīng)器。

　　封閉式光生物反應(yīng)器比敞開式培養(yǎng)系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)：①培養(yǎng)密度高，收獲效率也顯著提高;②培養(yǎng)條件易于控制，易于實(shí)現(xiàn)高密度培養(yǎng)，對(duì)代謝產(chǎn)物積累有利;③無污染，可實(shí)現(xiàn)純種培養(yǎng);④不受地域環(huán)境限制，生產(chǎn)期長(zhǎng)，可終年生產(chǎn);⑤適合于所有微藻的光自養(yǎng)培養(yǎng)，尤其適合于微藻代謝產(chǎn)物產(chǎn)品的生產(chǎn)。