一次性生物反应器技术及产品简介

　　一次性生物反应器(SUB)概念

　　一次性生物反应器(single-use bioreactor)或用后可弃生物反应器(Disposablebioreactor)是使用一次性袋的生物反应器，代替由不锈钢或玻璃制成的培养容器。简称SUB。

　　一次性袋通常由三层塑料箔制成。一层由聚对苯二甲酸乙二醇酯或LDPE制成，以提供机械稳定性。中间层由PVA或PVC制成，用作气体屏障。最后，与细胞培养物接触的接触层由PVA或PP制成。包裹着一次性袋的是永久硬性支撑结构(通常为摇动支座或长方体或圆柱形钢筒)。此结构可以确保在培养过程中一次性袋的设计特性不变化。一次性袋需要完全适合其保持装置，以防止由于设置期间展开不完全或者不正确而导致的和传统反应器的不可比性。

　　商业一次性生物反应器自二十世纪九十年代末已经开始应用，并且向着更加广泛普遍的趋势发展。从小规模液体储存和运输开始，到现在逐渐占据上风。调查显示越来越多药厂希望器材供应商加大对一次性生物反应器的研发力度。

　　一次性生物反应器的种类以及产品

　　波浪式生物反应器和搅拌式生物反应器是目前市场上的标准。

　　波浪式生物反应器通过摇摆的动作来混合。此类型不需要在一次性袋中使用任何机械搅拌器。适合于各种各样的细胞培养应用，包括常规批次、补料批次和灌注培养工艺。常见的有WAVETM生物反应器 如下：

　　ReadyToProcess WAVE 25

　　WAVE Bioreactor System 200

　　WAVE Bioreactor System 500/1000

　　搅动生物反应器使用像传统生物反应器相似的搅拌器，但是搅拌器被整合在塑料反应袋中，通常也使用塑料材质。封闭的袋子和搅拌器预先灭菌处理，通常使用伽马射线。使用时，将一次性袋安装在固定生物反应器支撑中，再将搅拌器机械地或磁性地连接到驱动器即可。

　　一些商业可用的一次性搅拌式生物反应器有：

　　XDR – Xcellerex

　　XDR-10Bioreactor System, Single Vessel

　　XDR-50 to 2000Single-Use Bioreactor

　　Mobius –Merck

　　Mobius® 3 L Bioreactors

　　Mobius® 50 and 200 L Bioreactors

　　Mobius® 1000 and 2000 LSingle-use Bioreactors

　　CelliGen BLU – eppendorf

　　Hyclone S.U.B - Thermo Scientific

　　Open Architecture Single-Use Bioreactors

　　Integrated Single-Use Bioreactors

　　一次性生物反应器的优缺点

　　优点：

　　减少工艺认证难度，无需清洁认证;

　　缩短停机时间和周转时间：

　　举例，产品切换时间也取决制造模式，使用一次性生物反应器(包括进行所有连接所需的时间)的2小时切换时间将等同于同一产品的不锈钢生物反应器的6-10小时切换时间。假如是不同产品转换，后者则需要3周左右。对于在混合系统中的不同产品(上游生产采用一次性设备，下游纯化采用不锈钢系统的组合)，切换时间大约为两周。如果生产线上的一次性生物反应器连接到一次性过滤器和使用一次性无菌连接器的袋子，则完整的产品转换将不会超过48小时。;

　　显着控制不定期微生物或产品交叉污染的批次间污染的可能性;

　　减少运营成本和资本投资，节省空间和劳动力需;

　　消除由CIP和SIP要求规定的传统不锈钢容器的设计要素;

　　易于安装。空闲时轻松移动。

　　缺点：

　　体积可扩展性是一个问题：市场目前还不能满足2000升以上级别的大规模生物反应器需求;

　　在波浪式式一次性生物反应器中，非常规摇摆运动的运动原理限制了这种培养袋的使用，可控制参数较少;

　　在现有的一次性生物反应器中氧转移系数(kLa)较低，所以只适用于哺乳动物细胞培养，不适用于细菌或者酵母这种需氧量更大的上游生产;

　　无法储存较热液体，以防可浸出和可萃取材料所带来的问题;

　　一次性袋有被穿刺的风险;

　　垃圾处理费用增加。

　　正如一句商业用语所说，“It’s not the big that eat the small but the fast that eat the slow”，商业竞争不是大吃小而是快吃慢。本文所述的新型搅拌的一次性生物反应器可以显着改善动物细胞培养过程，使得细胞培养操作更加灵活，便宜，而且耗时更少。在制药业拼速度的今天，一次性生物反应器的市场需求正以每年21%至40%的速度增长着。不可否认的，一次性生物反应器将会是上游生产的未来。