1. L'influenza della velocità di rotazione sulla coltura del bioreattore
Attualmente, sempre più prodotti vengono prodotti su larga scala utilizzando bioreattori nel campo biologico. Cellule diverse necessitano di diverse velocità di rotazione per essere coltivate nei bioreattori. Come parametro operativo comunemente utilizzato, la velocità di agitazione può non solo influenzare la miscelazione della fase liquida e la velocità di trasferimento dell'energia del materiale, ma anche causare il taglio del fluido e la collisione del microcarrier.
Lu Minghua et al. hanno utilizzato il bioreattore BC-7L per coltivare cellule BHK-21 sospese e hanno concluso che a meno di 40r/min, si è osservato che più cellule si depositavano sul fondo del reattore. Quando la velocità di rotazione è stata aumentata a 70r/min, non c'erano cellule depositate sul fondo del reattore, ma si è osservato che più cellule si aggregavano. Pertanto, la velocità di rotazione è stata ulteriormente aumentata a 100r/min e il problema dell'agglomerazione cellulare è stato risolto e le cellule sono cresciute bene. 100r/min è la velocità di agitazione ottimale. La velocità è diversa a causa di diversi tipi di cellule, metodi di coltura, ecc. La velocità operativa del reattore è controllata dalle sue esigenze. Velocità diverse producono risultati diversi per i risultati della coltura cellulare.
2. Effetto della temperatura sulla coltura del bioreattore
La temperatura della coltura cellulare è solitamente 35-37℃, la temperatura ottimale è 37℃ ed è controllata entro ±0,25℃. Durante il processo di coltura delle cellule di mammifero, se la temperatura di coltura viene abbassata, la crescita e il metabolismo delle cellule rallenteranno, ma la vitalità cellulare può essere mantenuta meglio.
Yi Xiaoping et al. hanno studiato l'effetto della temperatura sulla crescita delle cellule BHK ricombinanti. I risultati hanno mostrato che rispetto a 37℃, l'aumento o la diminuzione della temperatura ridurrebbe il tasso di crescita e la densità delle cellule e la diminuzione della temperatura prolungherebbe il periodo di isteresi della crescita cellulare. Tuttavia, la tolleranza delle cellule coltivate alle basse temperature è più forte di quella alle alte temperature. Durante la regolazione dei parametri del reattore, è necessario impedire che la temperatura aumenti troppo, soprattutto perché i sistemi di coltura di cellule animali spesso utilizzano agitazione a bassa velocità, scarsa miscelazione e bassa efficienza di trasmissione. In particolare, c'è sempre un gradiente di temperatura dalla parete esterna del serbatoio all'interno del sistema di coltura, quindi sono imposti requisiti rigorosi sul monitoraggio e il controllo della temperatura.
3. Effetto del valore del pH sulla coltura del bioreattore
Il controllo del valore del pH è molto importante per la coltura di cellule animali. Il pH può influenzare l'adesione, la crescita, la sopravvivenza e altre funzioni delle cellule animali. L'intervallo di pH delle cellule animali è generalmente compreso tra 6,8 e 7,4. Valori di pH inferiori a 6,8 o superiori a 7,4 avranno un effetto negativo sulle cellule.
Yuan Jianqin et al. hanno impostato 6 diversi valori di pH (6,4, 6,8, 7,2, 7,4, 7,6, 7,8) per osservare la crescita dei fibroblasti di embrioni di pollo. I risultati hanno mostrato che i fibroblasti di embrioni di pollo crescevano meglio e in modo più stabile nell'intervallo da 7,4 a 7,6. Lu Minghua et al. hanno utilizzato il bioreattore BC-7L per coltivare cellule BHK-21 sospese e hanno verificato che i cambiamenti di pH entro un certo intervallo ristretto non avranno un grande impatto sulla crescita cellulare, ma se il cambiamento è ampio, farà crescere le cellule lentamente e in cattive condizioni. I risultati sperimentali mostrano che quando il pH è 7,4, la crescita cellulare è migliore.
4. Effetto di DO sulla coltura del bioreattore
L'ossigeno disciolto nel bioreattore si ottiene facendo passare una miscela di ossigeno e aria nel mezzo di coltura attraverso un distributore di bolle. La forma strutturale del distributore di bolle determina in gran parte lo stato dell'ossigeno disciolto nel bioreattore.
Il sottosistema di controllo dell'ossigeno disciolto è diviso in due sistemi principali: ventilazione superficiale e profonda. Il sistema di ventilazione profonda utilizza un generatore di microbolle per fornire ossigeno disciolto. Le bolle sono piccole e uniformi e l'effetto di trasferimento dell'ossigeno disciolto è buono. Inoltre, l'effetto di trasferimento di massa e di trasferimento di calore sono notevolmente aumentati ottimizzando la progettazione con la lama di agitazione. La ventilazione superficiale può iniettare rapidamente aria fresca nel reattore e nello strato superficiale, aumentando il coefficiente di trasferimento dell'ossigeno liquido superficiale. Come mantenere una certa concentrazione di ossigeno disciolto (DO) senza danneggiare le cellule è un fattore chiave nella coltura su larga scala di cellule animali. Le cellule non possono sopravvivere in condizioni di ipossia. Un livello di ossigeno disciolto troppo basso influirà sul metabolismo cellulare e quindi sulla crescita cellulare; un livello di ossigeno disciolto troppo alto non solo avrà un effetto tossico sulle cellule, inibirà la crescita cellulare, ma aumenterà anche i costi di produzione. La richiesta di ossigeno delle cellule è diversa nelle diverse fasi di crescita. La capacità di consumo di ossigeno delle cellule nel periodo di crescita logaritmica è particolarmente forte. In genere, la concentrazione di ossigeno disciolto nei processi di coltura su larga scala è controllata al 20% - 60% della saturazione dell'aria. Una certa concentrazione di ossigeno disciolto può essere mantenuta regolando il rapporto di aria, ossigeno e azoto nell'alimentazione del gas o aumentando la velocità di agitazione.