高密度细胞培养系统是用于哺乳动物细胞（如CHO、HEK293）或微生物高效增殖的先进生物反应平台，通过优化培养环境和营养供给，实现细胞密度＞1×10⁷ cells/mL的
高效表达，广泛应用于单抗、疫苗等生物制品生产。
一、设备组成
1. 主体单元：
- 罐体系统：玻璃/不锈钢罐体（5-2000L），集成pH/DO/Temp探头
- 搅拌系统：低剪切力搅拌（桨式/帆式，30-150rpm）
2. 控制模块：
- 多参数控制器：实时调控溶氧（30-50%）、pH（7.0±0.1）、渗透压（280-320mOsm/kg）
- 在线检测：活细胞密度传感器（电容法）、代谢物分析仪（葡萄糖/乳酸）
3. 辅助系统：
- 灌注模块：中空纤维过滤器（截留分子量10-50kDa）
- 气体混合单元：O₂/N₂/CO₂比例调节
二、工作原理
1. 批式培养阶段：基础培养基扩增细胞至5×10⁶ cells/mL、维持DO＞30%（表面通气+氧灌注）
2. 灌注培养阶段：启动培养基循环（速率1-3VVD）、细胞截留＞95%，废液自动排出
3. 产物合成期：温度偏移策略（37℃→32℃）、诱导表达（如Tet-On系统）
三、设计方法
1. 氧传递优化：膜通气系统（硅氧烷膜管）、工作体积氧传质系数kLa＞20h⁻¹
2. 防污染设计：无菌连接接口（SIP/CIP兼容）、一次性流路组件
3. 规模放大：恒定剪切力原则（Tip Speed＜1m/s）、体积放大系数0.7-0.9
四、操作流程
1. 系统准备：灭菌处理（121℃/30min或γ辐照）→培养基平衡（pH7.2，DO40%）
2. 接种培养：初始密度0.5×10⁶ cells/mL→阶梯式提升搅拌速率（50→120rpm）
3. 过程控制：动态调整灌注速率（基于活细胞密度）→每日补加营养浓缩液（5-10%v/v）
4. 收获处理：终点活率＞80%→深层过滤澄清培养液
五、维护保养
1. 日常维护：批间执行SIP（121℃/30min）、探头校准（pH/DO每周1次）
2. 定期维护：季度更换渗透压仪膜片、年度检查搅拌轴同心度
3. 关键点保养：灌注泵密封圈每500h更换、生物传感器每6个月标定
