生物反應器是利用生物體內(nèi)由酶、細胞、微生物等引起的化學反應機制來生產(chǎn)和分析有用物質(zhì)的系統(tǒng)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(chǎn)生的副產(chǎn)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(yǎng)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(yè)

生物反應器廣泛應用于食品、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、漁業(yè)和化學工業(yè)（化學產(chǎn)品）等行業(yè)。該設備除了應用于醫(yī)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(chǎn)中，通過大豆、大米或果汁與曲霉菌或酵母反應生產(chǎn)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(yè)例子是通過固定化酶（使其可重復使用）來大規(guī)模生產(chǎn)氨基酸和糖。

此外，在研究和醫(yī)學領域，可以通過細胞培養(yǎng)在細胞內(nèi)產(chǎn)生功能性物質(zhì)，然后提取作為藥用物質(zhì)。

2.物理化學

生物反應器還用于檢測和定量理化物質(zhì)。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(xù)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(fā)生反應的機構。經(jīng)過合成、分解、轉(zhuǎn)化、去除，得到目標產(chǎn)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(tǒng)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(zhì)體等細胞內(nèi)細胞器、激素受體、抗體等中發(fā)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(lián)反應性元素的交聯(lián)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(zhì)。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(jù)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(zhì)的經(jīng)典例子，到培養(yǎng)細胞和微生物來生產(chǎn)目標物質(zhì)的例子。用于生物制藥生產(chǎn)的細胞培養(yǎng)和細菌培養(yǎng)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(tài)生物反應器用于曲和酶工業(yè)，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(jīng)開發(fā)并使用了具有改進的光供應的光合生物反應器。

工業(yè)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(chǎn)物的情況下檢測反應產(chǎn)物，并且已經(jīng)開發(fā)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(jù)反應是在液態(tài)還是固態(tài)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(nèi)部攪拌的曝氣攪拌方法，或者從容器內(nèi)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(zhì)、氮、磷等無機鹽、維生素等生理活性物質(zhì)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(zhì)

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

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

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

3.生物反應器在再生醫(yī)學中的應用