微型生物反应器
微型生物反应器是一种用于进行小规模生物反应过程的精密设备。
主要类型
1.摇瓶式微型反应器：
外形类似Erlenmeyer摇瓶，但内置微型传感器（如光学pH/DO贴片）。
通过外部读取设备（如SFR?系统）非侵入式监测参数。
优点：结构简单，通量高；缺点：控制能力有限（通常只能控制温度和摇速，pH和DO为监测而非控制）。
2.微孔板式生物反应器（如24深孔板）：
将微型反应器集成在微孔板中，与自动化液体处理工作站联用。
适用于极高通量的菌株筛选或培养基优化。
3.台式多联微型生物反应器系统：
如DASGIP、Sartorius Ambr、Eppendorf BioFlo?380等系统。
每个反应器独立控制温度、搅拌、通气、pH、DO、补料等，功能接近传统发酵罐。
是工艺开发和优化的主流工具。
微流控生物反应器（Microfluidic Bioreactor）：
基于芯片技术，体积可小至纳升（nL）级。
用于单细胞分析、组织工程、高精度环境控制等前沿研究。
核心特点
1.体积微小：反应体积小，节省昂贵的培养基、诱导剂、细胞或菌种等实验材料。
2.高通量：可同时运行多个（如24、48、96个甚至更多）独立的微型反应器，实现并行实验。
3.自动化与集成化：通常配备传感器（pH、DO、温度等）和自动控制系统，可实时监测和调控反应过程。
4.参数可控性高：尽管体积小，但仍能精确控制温度、搅拌速度、通气量、pH、补料等关键工艺参数。
5.数据丰富：可连续采集大量过程数据（如溶氧变化、pH趋势、细胞生长曲线），便于动力学分析和模型建立。
主要用途
1.高通量工艺开发
在新药研发或生物制品生产中，研究人员需要筛选大量菌株或优化培养条件。微型生物反应器可并行运行多个独立反应单元，快速评估不同pH、温度、溶氧、补料策略等参数的影响，显著提高研发效率。
2.细胞培养与代谢研究
广泛应用于哺乳动物细胞、酵母、细菌等的培养，用于研究细胞生长动力学、代谢途径、产物表达水平等，为大规模生产提供数据支持。
3.过程放大前的预实验
在将实验室成果放大至中试或工业化生产前，微型反应器可作为“桥梁”，验证工艺的可放大性，降低放大过程中的风险和成本。
4.教育与培训
由于其操作简便、安全性高，微型生物反应器也常用于高校和科研机构的教学实验，帮助学生理解生物反应过程的基本原理。
故障类型
1.传感器故障
pH、溶氧（DO）、温度等传感器是反应器的核心部件。常见问题包括读数漂移、响应迟缓或完全失效，导致控制失准。
2.搅拌系统异常
微型反应器多采用磁力搅拌或顶置搅拌。故障表现为搅拌速度不稳定、搅拌子脱落或电机过热，影响混合效果和传质效率。
3.气体供应问题
通气系统堵塞、气体流量计失灵或气体混合比例错误，会导致溶氧不足或pH波动，影响细胞生长。
4.污染问题
尽管系统为密闭设计，但若灭菌不彻底或操作不当，仍可能发生细菌或真菌污染，导致实验失败。
8.软件与控制系统故障
数据采集中断、控制指令延迟或软件崩溃，影响实验的连续性和数据可靠性。