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生物反應(yīng)器的放大原理是怎么樣的？
生物反應(yīng)器放大的目的是增加產(chǎn)量，同時保持相似的產(chǎn)品質(zhì)量。這意味著必須跨規(guī)模保持相當?shù)募毎禺愋陨a(chǎn)力、細胞密度和活性以及細胞代謝。為了實現(xiàn)這一點，盡可能多的操作參數(shù)必須保持不變。
在工藝放大過程中，溫度、pH、溶氧設(shè)定點和補液策略等與規(guī)模無關(guān)的變量很容易保持不變（表4）。然而，與規(guī)模相關(guān)的參數(shù)，如攪拌、葉輪葉尖速度、混合時間、雷諾數(shù)和通氣流速，在整個放大過程中不能同時保持不變。這是因為它們對攪拌速度、葉輪直徑和容器直徑具有不同的依賴性。
這些參數(shù)會影響運營成本、培養(yǎng)異質(zhì)性、氣體轉(zhuǎn)移特性以及施加于細胞的剪切應(yīng)力。從本質(zhì)上講，生物反應(yīng)器的放大涉及多方面的權(quán)衡和妥協(xié)。
雖然攪拌罐生物反應(yīng)器的體積功率輸入通常保持在10-80W/m3的范圍內(nèi)，但其它因素，即混合速度、混合時間、葉輪葉尖速度和雷諾數(shù)，根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模的不同而有不同的值。如表5所示，攪拌速度隨著規(guī)模的增加而降低。
然而，由于葉輪尺寸增加，葉輪葉尖速度和雷諾數(shù)遵循相反的趨勢。然后由于容器直徑的增加，混合時間也隨著規(guī)模的增加而增加。
幾何相似性
幾何相似性通常是用于放大生物反應(yīng)器的一個標準。如果罐直徑增加，所有其它長度（罐高度、葉輪直徑和葉輪寬度）都會增加相同的比例因子。一般來說，用于細胞培養(yǎng)的生物反應(yīng)器罐的高徑比(H/D)對于臺式生物反應(yīng)器為1-2，對于中試和工業(yè)規(guī)模的生物反應(yīng)器為2-3。
然而，保持H/D會影響與表面和體積相關(guān)的因素，例如熱傳遞、氣體傳遞和混合。由于在罐壁上發(fā)生熱交換，每單位體積的熱傳遞隨著體積的增加而減少。恒定的H/D縱橫比也將顯著降低表面積與體積比(Ac/V)，從而降低表面通氣對O2和CO2汽提的貢獻。因為氣體傳輸速率的重要性以及對混合速度和氣體流速的限制，這對于剪切敏感細胞至關(guān)重要。
