赛多利斯生物技术公司（Sartorius）的新型可伸缩、一次性反应器通过其技术和理念拥有和不锈钢反应器同样的生产特征，一次性技术可以让生物制药生产者更加灵活地控制生产。

四十多年来，培育细胞的常规生物反应器都是由玻璃或不锈钢制成的。现在，越来越多的生物制药生产者使用一次性生物反应器或采用一次性和可再使用型材料结合而成的解决方案。主管手术器械的赛多利斯副主席Reinhard Baumfalk强调，“就市场而言，一次性系统在细胞密度和产品滴定度方面不次于传统的不锈钢生物反应器。”

带有波浪摇动技术的生物反应器如Biostat Cultibag RM在过去几年已经占据了一定的市场。期间赛多利斯生物技术公司又研发了新一代一次性生物反应器，它具备搅拌槽的特性，可以真正地替代不锈钢生物反应器。Biostat Cultibag STR的研发理念是把传统型生物反应器里的参变量尽可能直接地转移到一次性系统里，以便让不锈钢系统的程序转移变得更为简单。对于研发者来说，反应器和搅拌器的几何结构很重要，而且还要重视气体处理策略，以实现养分和氧气的理想供给。许多一次性生物反应器的难题在于规模扩大的转换。

研发Cultibag STR的项目经理Gerhard Greller解释道：“与传统的搅拌槽对比，即使是目前已经进入市场的搅拌式一次性生物反应器也要制定出新的规模扩大的标准。”Biostat Cultibag STR一次性生物反应器包括放在容器中的一个提前消毒的一次性气囊。

简洁的完美

一次性生物反应器通常是由一个提前消毒的一次性气囊组成，它可以直接投入到细胞的培育中，然后被丢弃。 因为省去了调试程序，产品更换时只需替换气囊即可，节省了时间。一次性方案中省去了SIP（在线消毒）和CIP（在线清洗），简化了成本很高的清洗环节。

该设备的一个重要的组成部分气囊容器，不仅使一次性气囊在培育的过程中更加稳定，还包括了温控系统（加热垫或双层外壳温控系统）、驱动电机和袋式过滤器。Biostat Cultibag STR所使用的搅拌器很适合基于搅拌槽的传统生物反应器。 缺乏切力的轴向推动的搅拌器如三页扇形搅拌器和经典的径向动力的六页片状搅拌器均可使用。 200L系统中按标准已提前安装了2个搅拌器，通常标准是在细胞培育领域使用2个轴向推动的搅拌器，但在某些使用时，轴向推动和径向推动的搅拌器的结合显得更有优势。此外多个搅拌器的使用还保证了多个叶轮搅拌器的低速使用，考虑到有限的工艺混合时间和较低的输入功率，易操作且能保证理想的O2供给的气体处理系统也是一个重要的选择标准。虽然动物细胞培育比细菌培育和酵母培育的O2消耗要少，但高效的氧气供给仍然是细胞培育反应器运行的最大挑战。除了细胞的O2供给外，分离的CO2的浓度作为控制变量也很重要。

有两个传统的气体处理方法，即通过气体反应器管直接导入气体，进行顶部的气体处理；另一种方法既用到由发酵槽就可以识别的0.8mm钻孔的气体处理环也用到由烧结的塑料制成的微型多孔管分布器，其孔径在20~45μm间。这两种方法各有千秋。反应器管产生较大的气泡，因此要获得同样的O2输送率需要更高的气体传输率，而形成小气泡正是微型多孔管分布器的最大缺陷。因为这样在不利的工艺条件下，即使气体处理率很低，也会形成非常稳定的浮沫，而反发泡剂只能在一定范围内清除它们。一般通过提高气体处理率来平衡培育过程中增加的氧气需求。 新型一次性反应器灵活、自动化的气体处理系统控制着空气、O2、CO2和N2的输送互不影响。基于荧光的提前消毒的一次性传感器可以控制重要的程序参变量，如O2分压力和pH值。

Biostat Cultibag STR和可以再使用的生物反应器系统一样，能够直接连接在发酵罐控制软件系统Biopat MFCS/Win Scada-Software上。

搅拌

赛多利斯生物技术Cultibag STR研发部项目经理Gerhard Greller博士以及副主席Reinhard Baumfalk博士认为，一次性技术时代已经悄然而至，混合安装的需求在增加。

图1 Reinhard Baumfalk先生

PROCESS：Biostat Cultibag STR研发是否是应市场需求而生？是怎样的市场需求呢？

Baumfalk: 首先，反应器的规律可伸缩性是一条重要的标准，因为必须保证用户的生产程序顺畅无阻，并精准地达到预定生产数额；此外，混合安装需求的增加也导致了对一次性反应器和平行运行的不锈钢反应器间较高的可比性要求。 Cultibag STR的性能表明，搅拌反应器的设计完全能够满足这一要求。

PROCESS：在哪些方面一次性反应器可以充分发挥其优点？

Greller：目前，在细胞培育方面，Cultibag STR的程序表现非常出色，结合水力旋流器，一次性系统可直接灌满供培育使用。Cultibag STR能通过新研发的双层外壳温控系统描绘温度分布。对使用者而言，选择反应器类型时一次性技术的优势在于减少了感染危险，这在细胞培育中是极其重要的。专家认为2000L以下的一次性反应器的使用是比较符合实际的。

图2 Gerhard Greller先生

PROCESS：怎样的生产规模才能与新系统相适应呢？

Greller：事实上，由于滴度的上升和药品对绝对物质需求的减少，生物反应器和发酵罐的工作量也在减少。因此赛多利斯生物技术公司认为未来新型反应器工作量的重点是2000L以下。所以Cultibag STR分别会提供50L、200L和1000L的产品，从而在上述领域锁定客户。

PROCESS：一次性技术的优势如何量化？

Baumfalk：经验表明不能笼统地下结论，应就相关的程序步骤做细致的分析。这必须考虑到参变量，如每年培育的数量、可使用的媒介和资源的成本以及很难计算的基于所选的程序策略而变化的感染危险。 结果在市场上出现了以软件为基础的分析工具，在案例分析的框架内得出一个量化的结论。

PROCESS：“抛弃传统技术，迎接一次性技术”，现在有战略的转变吗？

Baumfalk: 作为最终解决方案的提供者，我们确定没有不加判断地来适应一次性技术，而是在考虑到所有重要变量时在具体情况下权衡两种技术方式，即传统可再用方法和一次性的方法，较为理想的解决方案是混合解决方案。