实验室生物反应器是一种用于生物工艺学和生物化学等领域的实验室设备，主要用于培养、生长和生产生物体。
一、主要功能
生物反应器的主要功能是提供一种控制环境条件的系统，以满足生物体的生长和代谢要求。这些环境条件包括温度、氧气、营养物质浓度、pH值和搅拌等。对于需氧生物体，生物反应器还需要提供足够的氧气传递，以满足生物呼吸的需要。
二、工作原理
1、控制环境条件：生物反应器通过控制环境条件，创造适合生物体生长和代谢的环境。
2、维持混合和氧气传递：生物反应器通过搅拌器或气体通入系统等手段，保持反应物和生物体的均匀混合，以提高传质效率。
3、控制产出和副产物：生物反应器通过控制反应过程中的参数，如温度、pH值、营养物质浓度等，来控制产出物的生成和副产物的产生。
4、监测和调节：生物反应器通常配备传感器系统，用于监测反应过程中的关键参数，如温度、pH值、氧气浓度和生物体密度等。根据传感器的反馈信号，控制系统可以调节控制参数，以维持最佳条件。
三、常见类型
1、搅拌式生物反应器：是开发较早也是在研究、中试和生产中应用最为广泛的一类生物反应器。搅拌式生物反应器通常由马达带动桨叶混合培养液，利用搅拌器的旋转驱动细胞培养液流动混合，使细胞和养份在培养液中均匀分布。根据搅拌器结构的不同，可将搅拌式生物反应器分为机械搅拌式、笼式通气搅拌式、海船式搅拌式、旋转滤器结合推进式及离心式搅拌式等。
2、波浪式生物反应器：是一种一次性生物反应器，通过摇动板带动细胞袋内的培养基产生波浪，促进营养物质的交换和氧气的传递。波浪式生物反应器剪切力小，细胞袋一次性使用，无需清洗和验证，比较适合全悬浮细胞培养、连续培养，但其工作体积不宜过大。
3、固定床生物反应器：也称填充床生物反应器、篮式生物反应器。罐体中的篮子用于填充细胞贴壁的纤维片状载体，具有很高的表面积与体积比，可以得到较高的细胞密度，适用于高产量分泌性产品的悬浮或贴壁细胞及连续培养。
4、中空纤维生物反应器：是利用中空纤维筒作为培养容器的生物反应器。中空纤维筒与细胞培养基储液瓶、双向泵通过导管连接，构成连续流动的封闭培养系统。细胞培养基从中空纤维内部流过，可以自由透过纤维，供给在中空纤维外生长的细胞。中空纤维生物反应器适合于培养贴壁细胞、悬浮细胞，适合于连续流培养，但培养体积较小，适用于小产量产品生产和细胞治疗。
5、一次性生物反应器：用一次性袋子代替培养容器的生物反应器，通常指的是与细胞培养接触的内衬是塑料的生物反应器。这种反应器具有成本低、卫生认证有利等优点，但也存在容积受限、传质不利等缺点。一次性生物反应器越来越多的应用于哺乳动物细胞、疫苗生产等领域，正有迅速取代传统生物反应器的趋势。
6、平行生物反应器：可以是任意多组发酵罐并联，两联到几十联不等，所以也叫Multi-parallel bioreactor。由于多组并联，平行生物反应器可在更短时间内提供更多工艺信息，用于培养比较。多个实验可评估不同的细胞系，以及pH、温度、进料、培养基、通气速率和接种密度等的影响。
7、玻璃生物反应器：是常用的台式生物反应器，因为它们成本较低、操作简单，并且由于其透明性质，可以从外部看到过程。玻璃生物反应器体积规模从几升到几百升都有，而且有很多也设计了是可以进行高压灭菌的。
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四、应用领域
生物反应器主要用于生物化学或生物工程研究、制药、食品工业、环境工程等领域。在生物制药领域，生物反应器可用于大规模生产药物，例如蛋白质药物、抗体、疫苗等。
五、操作指南
1、穿戴个人防护装备：在操作生物反应器时，必须佩戴适当的个人防护装备，包括实验室外套、手套、护目镜和鞋套，以降低意外伤害的风险。
2、确保设备安全：在使用生物反应器之前，务必检查设备的安全性能，确保设备的密封性良好，机械部件正常运转，电源接线无异常，从而避免潜在的危险。
3、准备紧急应对措施：在操作生物反应器的同时，随时保持警惕并准备好应对紧急情况的措施。熟悉实验室的紧急停机程序、防触电和急救方法，以及应急电话号码等信息。
4、清洗和消毒：在开始使用生物反应器之前，必须对其进行彻底的清洗和消毒。使用适当的清洁剂和消毒剂，彻底清洗所有表面和零件，以确保实验样品不受到污染，并减少生物反应器内环境的细菌和病毒的存在。
5、添加培养基：根据实验需求，准备好适当的培养基，并按照生物反应器的容量和要求进行添加。务必严格遵守培养基制备和配制的标准操作程序，确保培养基的质量和浓度。
6、设置操作参数：根据实验的要求和目标设置合适的操作参数，如温度、pH值、搅拌速度和气体流量等。这些参数将直接影响到生物反应器的反应和培养效果。
7、启动生物反应器：合理连接生物反应器的电源和气源，保证电源接线正确、电压稳定，并确保气源无泄漏。按照操作手册中的启动程序，依次打开电源开关、气体阀门和液体进料阀门，实现生物反应器的启动。
8、监控和调节参数：在生物反应器运行期间，密切关注监控参数的变化，并根据需要进行及时调节。通过观察液位、温度、pH值、溶氧度等参数的变化，及时对液体进料、温度控制、pH调节和气体供应进行调整。
9、取样和分析：定期进行样品的取样和分析，以监测生物反应器内培养基中的细胞密度、产品浓度、废物生成等情况。
10、结束实验和清洁：在实验结束后，按照操作手册中的关闭程序，逐步关闭电源开关、气体阀门和液体进料阀门。待生物反应器完全停止运行后，进行彻底的清洁和消毒，以确保下次实验的顺利进行。
六、注意事项
1、在操作过程中，应严格遵守实验室的安全规程和操作规程。
2、在设置操作参数时，应根据实验的具体需求和生物反应器的性能进行合理设置。
3、在监控和调节参数时，应密切关注生物反应器的运行状态和反应过程的变化，及时进行调整和处理。
4、在取样和分析时，应遵循无菌操作的原则，避免对实验结果造成污染。
5、在实验结束后，应及时对生物反应器进行清洁和消毒，以确保下次实验的顺利进行和实验结果的准确性。
