什么是生物反應器？

生物反應器是利用生物體內由酶、細胞、微生物等引起的化學反應機制來生產和分析有用物質的系統及其反應容器。

利用生物反應的機制的缺點是比化學反應慢。然而，它是一種 好的方法，因為它產生的副產物較少并且不會降低催化劑活性。

另外，由于該工藝不需要高溫或高壓條件，因此無需準備耐壓或耐熱設備，這在成本方面是有利的。從更廣泛的意義上講，用于培養細胞的裝置有時被稱為生物反應器。

生物反應器使用應用

1. 工業

生物反應器廣泛應用于食品、農業、畜牧業、漁業和化學工業（化學產品）等行業。該設備除了應用于醫學、診斷服務和分析等領域外，還在資源、能源和生物電子等領域有應用。

例如，在食品生產中，通過大豆、大米或果汁與曲霉菌或酵母反應生產味噌、醬油、清酒、葡萄酒等的方法也可以被認為是生物反應器。一個典型的工業例子是通過固定化酶（使其可重復使用）來大規模生產氨基酸和糖。

此外，在研究和醫學領域，可以通過細胞培養在細胞內產生功能性物質，然后提取作為藥用物質。

2.物理化學

生物反應器還用于檢測和定量理化物質。自動分析儀使用固定化酶以光學方式跟蹤化學反應，可以連續分析許多樣品。

生物傳感器是一種以電子方式跟蹤反應的方法。具體例子包括酶傳感器、微生物傳感器和半導體生物傳感器。

生物反應器原理

生物反應器是在溫度、pH、壓力等可控的反應容器中，使原料反應物與固定化酶及其他反應元素發生反應的機構。經過合成、分解、轉化、去除，得到目標產物。

1. 反應元件

使用的主要反應元素是純化的酶、細胞和微生物。酶是生物體中的催化劑，并且是傳統上 常用的反應元素。

廣義上，也可利用在植物細胞、肝細胞、血細胞等動物細胞、線粒體、質體等細胞內細胞器、激素受體、抗體等中發生的反應。

2. 反應元件的固定

固定反應元件的主流方法是載體結合法，將反應元件與不溶性載體結合。其他方法包括交聯反應性元素的交聯法和使用捕獲劑的捕獲法。

通過固定反應元件，更容易分離反應元件和生成的物質。還有一種使反應元件浮動而不是固定的方法。

生物反應器的類型

生物反應器有多種類型。根據不同的目的，它們有各種各樣的形狀，從使用酶獲得目標物質的經典例子，到培養細胞和微生物來生產目標物質的例子。用于生物制藥生產的細胞培養和細菌培養設備有時被稱為生物反應器。

液體生物反應器是最常見的，其中原料為液體形式。另一方面，固態生物反應器用于曲和酶工業，其原料是固體。另外，當使用諸如植物細胞、藻類和光合細菌等進行光合作用的反應元件時，已經開發并使用了具有改進的光供應的光合生物反應器。

工業用生物反應器相對較大，而分析用生物反應器相對較小。特別是，微生物反應器的目的是在不收集反應產物的情況下檢測反應產物，并且已經開發出了可以分析從幾mL到μL的液體的裝置。

有關生物反應器的其他信息

1、反應場條件

在生物反應器中，根據反應是在液態還是固態下進行，通氣、攪拌和混合的方法以及反應溫度控制有很大差異。 例如，如果反應元件是需氧生物，則需要通風，因此我們采用在容器內部攪拌的曝氣攪拌方法，或者從容器內部的導流管提升氣泡的氣升方法。

就光合生物而言，需要供給溶解在液體中的有機物質、氮、磷等無機鹽、維生素等生理活性物質以及光。此外，在用于分析的微生物反應器的情況下，有時使用幾微升量級的容器，因此需要能夠更精確地控制溫度和液體體積以避免測量誤差。

2. 使用生物反應器合成光學活性物質

生物反應器也是合成光學活性物質的常用方法。使用生物催化劑合成光學活性物質的優點包括以下特點。

• 許多在易于處理的環境（如室溫、常壓和接近中性 pH 值）下表現出優異的催化活性。

• 由于該反應僅選擇性地發生在特定化合物的特定位點，因此通常副產物較少且產率較高。

3.生物反應器在再生醫學中的應用