图1 一次性生物反应器的培育器中放置的是由Sartorius-Stedim公司研发生产的一次性包装袋。图示为200L生物反应器

在过去的一年中，一次性摇摆式生物反应器在生物制药领域具有越来越重要的意义。与传统的酶化发酵设备相比较，其最大特点在于具有很高的使用灵活性、平行使用性和经济性。

一次性摇摆式反应器主要用于（短时间、稳定地）合成医用蛋白质的生产和研究领域中的试验分析以及临床研究。一般情况下，摇摆式生物反应器都在保温箱中使用；其工作环境（温度、湿度、CO2等）都受到了连续的监控，有着可靠的保障。当培养量为50ml~1L时，大多数情况下使用的都是一次性的锥形瓶；有的有底部防滑沟槽，有的没有底部防滑沟槽。对于最小规格的反应器，有适合于放置的（12孔、24孔、48孔和96孔）孔板上的微型反应器。在这样的培育过程中，较高的挥发率会成为一个比较难以解决的难题；因为在合适的无菌消毒和保温箱中，足够的湿度一般都大大地降低了挥发效率。带有换气膜的离心机专用试管则覆盖了5~35ml的中等容积。

与旋转式反应器相比较，摇摆式反应器具有两个重要的优点：一个驱动电机能够带动多个摇摆式培育器；没有价格昂贵的复杂运动部件。在这两种培育器中，被培育的物质几乎都不承受剪力的作用，因为培育器皿本身不承受较大的局部负载。在摇摆式系统中较低的切向负载已经在早期的尺寸比例放大中得到了应用：1999年曾首次在50L的圆柱形摇摆式试验设备中培育成功人工合成的细胞。这一容器的工作容积为36L，其顶部空间利用活性气体进行通风换气。

结构特点

现在研发的轨道摇摆式生物反应器SB200-X是一种没有防滑沟槽的反应器，其顶部的通风换气装置不会带来气流的扰动，从而大大地避免了泡沫的生成。大部分的培养液都在层流状态下流动，从而保证了培养液承受的切向剪力非常小的优点。这一摇摆式系统所使用的一次性包装袋结构非常简单、价格非常低廉；因为它不像搅拌机那样有运动部件。由于这一系统液体有可能使几毫升到200L之间的不同液体有着不同的液体动力学性能，因此就有着很好的按比例放大性能，可以简简单单地实现按比例放大。另外，这一系统所覆盖的工作容积为50~200L，因此其使用的灵活性非常大。

摇摆式一次性生物反应器的驱动系统是在Kühner公司成熟的摇摆器基础上再次研发的新成果。其桶形容器使用的是不锈钢材料，内部放置的是由Sartorius-Stedim公司专门研发生产的一次性包装袋。这种包装袋的总容量为310L。在订货时，还可以选购下列物品：通风换气的进气管和排气管（必要时带过滤器），伸缩管和带杀菌消毒的连接接口。其侧面带有检测温度、酸碱度pH值、溶解氧和取样的接口；底部有排气胶管。酸碱度pH值和溶解氧浓度可利用光学检测方法进行在线检测。酸碱度的检测范围为pH 5.5~8.5；溶解氧饱和度为0~100％。可根据需要，利用反应器底部对培养液加热或者冷却。

混合实验研究

在与瑞士Monthey市Excellgene药厂的密切合作中，加大了对培养液混合时间和氧总转移系数kLa值测定的研究。不同摇摆式和旋转式培育系统的细胞培育状况都可以与新的SB 200-x进行比较。

细胞培育时的混合时间长短与摆动频率有着密切的关系：摆动频率越高，混合时间也就越短。Excellgene公司在细胞培育时使用的摇摆频率约为60rpm；摇摆中心圆直径50mm。在这样的条件下，混合时间大约为30s。当培养液容量达到150L，摇摆频率为65rpm时，所需的混合时间也是30s。另一个试验组利用圆柱形、50L摇摆式生物反应器，利用其他检测方法得到的时间数据有着很好的可比性。

当工作容积为100L、摆动频率较低时，氧总转移系数大约为5h/L。随着摇摆速度的提高，氧总转移系数也提高到25h/L。这一数据也可按摇摆量杯的刻度成比例增减。

按比例缩放实例

利用这种全新的200L摇摆式生物培育系统可以简简单单地实现生产的按比例缩放，就像Excellgene公司下面的实例所证明的那样。他们对动物的细胞系CHODG 44（介质： proCH05 补充4mM的阳极氨基酸）在四种不同的生物反应器中进行了培育：

Tubespin生物反应器（50ml，10ml试管）摆动式；

圆形玻璃试管（5L容积，1.5L工作容积）摇摆式；

搅拌式反应器（3L容器，1.5L工作容积）旋转式；

SB 200-X [310L反应器，40L（一组），200L（两组）]，摇摆式。

新的 SB 200-X中加注了两种不同的液体介质。在所有的试验装置中，无论培养液容量在10ml~200L之间变动（系数20000），也无论采用的是摇摆式还是旋转式的运动，细胞的培育状况有着很好的可比性。在SB 200-X系统中，两种培育过程中都没有出现氧含量减少的情况。

小结

本文介绍的实例和这些实例的结果表明：新型200L容量的一次性摇摆系统可以毫无问题地实现按比例缩放的要求。其很低的剪应力和简单方便的操作是摇摆式生物反应器最著名的特点。附图中的曲线使得这种按比例缩放的可能性更加一目了然。

新型摇摆式生物反应器SB 200-X采用的一次性包装袋容量为200L，是传统反应器的最佳替代解决方案。目前，正在研发更大缩放比例的反应器系统，第一次1000L容量的试验已经获得了可喜的成功。