1. De invloed van rotatiesnelheid op bioreactorcultuur
Tegenwoordig worden er steeds meer producten op grote schaal geproduceerd met behulp van bioreactoren in het biologische veld. Verschillende cellen hebben verschillende rotatiesnelheden nodig om te worden gekweekt in bioreactoren. Als een veelgebruikte operationele parameter kan de roersnelheid niet alleen de menging van de vloeibare fase en de overdrachtssnelheid van materiaalenergie beïnvloeden, maar ook vloeistofschuifkracht en microdragerbotsing veroorzaken.
Lu Minghua et al. gebruikten BC-7L bioreactor om gesuspendeerde BHK-21 cellen te kweken en concludeerden dat onder 40r/min, meer cellen werden waargenomen die werden afgezet op de bodem van de reactor. Toen de rotatiesnelheid werd verhoogd tot 70r/min, waren er geen afgezette cellen op de bodem van de reactor, maar werden er meer cellen waargenomen die werden geaggregeerd. Daarom werd de rotatiesnelheid verder verhoogd tot 100r/min, en werd het celagglomeratieprobleem opgelost, en groeiden de cellen goed. 100r/min is de optimale roersnelheid.
De snelheid is verschillend vanwege verschillende celtypen, kweekmethoden, enz. De bedrijfssnelheid van de reactor wordt geregeld door zijn behoeften. Verschillende snelheden leveren verschillende resultaten op voor celkweekresultaten.
2. Effect van temperatuur op bioreactorkweek
De celkweektemperatuur is meestal 35-37℃, de optimale temperatuur is 37℃ en wordt geregeld binnen ±0,25℃. Tijdens het kweekproces van zoogdiercellen, als de kweektemperatuur wordt verlaagd, zullen de celgroei en het metabolisme vertragen, maar de levensvatbaarheid van de cel kan beter worden gehandhaafd.
Yi Xiaoping et al. bestudeerden het effect van temperatuur op de groei van recombinante BHK-cellen. De resultaten toonden aan dat vergeleken met 37℃, het verhogen of verlagen van de temperatuur de celgroeisnelheid en -dichtheid zou verminderen, en het verlagen van de temperatuur de hystereseperiode van celgroei zou verlengen. De tolerantie van gekweekte cellen voor lage temperaturen is echter sterker dan die voor hoge temperaturen. Tijdens het aanpassen van reactorparameters is het noodzakelijk om te voorkomen dat de temperatuur te hoog oploopt, vooral omdat dierlijke celcultuursystemen vaak gebruikmaken van langzaam roeren, slechte menging en een lage transmissie-efficiëntie. Met name is er altijd een temperatuurgradiënt van de buitenwand van de tank naar de binnenkant van het kweeksysteem, dus worden er strenge eisen gesteld aan temperatuurbewaking en -controle.
3. Effect van pH-waarde op bioreactorcultuur
De controle van de pH-waarde is erg belangrijk voor dierlijke celcultuur. pH kan de hechting, groei, overleving en andere functies van dierlijke cellen beïnvloeden. Het pH-bereik van dierlijke cellen ligt over het algemeen tussen 6,8 en 7,4. pH-waarden onder 6,8 of boven 7,4 hebben een nadelig effect op cellen.
Yuan Jianqin et al. stelden 6 verschillende pH-waarden (6,4, 6,8, 7,2, 7,4, 7,6, 7,8) in om de groei van kippenembryofibroblasten te observeren. De resultaten toonden aan dat kippenembryofibroblasten beter en stabieler groeiden in het bereik van 7,4 tot 7,6.
Lu Minghua et al. gebruikten BC-7L bioreactor om gesuspendeerde BHK-21 cellen te kweken en bevestigden dat pH veranderingen binnen een bepaald klein bereik geen grote impact zullen hebben op de celgroei, maar als de verandering groot is, zal het de cellen langzaam en in slechte conditie laten groeien. De experimentele resultaten tonen aan dat wanneer de pH 7,4 is, de celgroei het beste is.
4. Effect van DO op bioreactor cultuur
De opgeloste zuurstof in de bioreactor wordt bereikt door een mengsel van zuurstof en lucht in het kweekmedium te leiden via een bubbelverdeler. De structurele vorm van de bubbelverdeler bepaalt grotendeels de toestand van opgeloste zuurstof in de bioreactor.
Het subsysteem voor opgeloste zuurstofregeling is verdeeld in twee hoofdsystemen: oppervlakte- en diepe ventilatie. Het diepe ventilatiesysteem gebruikt een microbubbelgenerator om opgeloste zuurstof te leveren. De bellen zijn klein en uniform, en het opgeloste zuurstofoverdrachtseffect is goed. Bovendien worden het massaoverdrachts- en warmteoverdrachtseffect aanzienlijk vergroot door het ontwerp te optimaliseren met het roerblad. Oppervlakteventilatie kan snel frisse lucht in de reactor en de oppervlaktelaag injecteren, waardoor de oppervlaktevloeibare zuurstofoverdrachtscoëfficiënt wordt verhoogd.
Hoe je een bepaalde concentratie opgeloste zuurstof (DO) kunt behouden zonder cellen te beschadigen, is een belangrijke factor bij grootschalige kweek van dierlijke cellen. Cellen kunnen niet overleven onder hypoxische omstandigheden. Te weinig opgeloste zuurstof beïnvloedt het celmetabolisme en dus de celgroei; te veel opgeloste zuurstof heeft niet alleen een toxisch effect op cellen, remt de celgroei en verhoogt ook de productiekosten.
De zuurstofbehoefte van cellen is in verschillende groeifasen verschillend. De zuurstofconsumptiecapaciteit van cellen in de logaritmische groeiperiode is bijzonder sterk. Over het algemeen wordt de concentratie opgeloste zuurstof in grootschalige kweekprocessen geregeld op 20% tot 60% van de luchtverzadiging. Een bepaalde concentratie opgeloste zuurstof kan worden gehandhaafd door de verhouding van lucht, zuurstof en stikstof in de gastoevoer aan te passen of de roersnelheid te verhogen.