微型生物反应器是传统发酵罐 / 生物反应器的小型化、集成化、高通量化版本，工作体积一般在1升至10升，通过微型测控系统实现 pH、溶氧（DO）、温度、搅拌 / 通气、补料的精准闭环控制，适合并行筛选菌株、优化培养基 / 工艺、加速生物药与合成生物学研发，具有试剂消耗少、周期短、数据可放大的核心优势。
一、设备组成
1.反应器本体：一次性 / 可重复灭菌罐体 / 微孔板；材质为硼硅酸盐玻璃、316L 不锈钢、医用级聚合物；密封结构防污染、保气体；
2.测控系统：pH/DO 电极 / 光学传感器、温度探头、转速传感器；嵌入式控制器 + 上位机软件（数据采集、PID 控制、趋势图）；
3.流体与气体系统：蠕动泵（酸碱、补料、消泡）；气体混合器（O₂/CO₂/N₂）；曝气头 / 扩散膜；加湿模块防蒸发；
4.温控模块：帕尔贴、水浴 / 油浴、加热膜，控温精度 ±0.1°C；
5.搅拌 / 混合系统：磁力搅拌、机械搅拌桨、轨道振荡（微孔板）。
二、工作原理
核心是在微小体积内模拟生物生长的最佳环境，并实时监测代谢与产物形成：
1.微生物 / 细胞在培养基中生长，消耗营养与氧气，产生代谢物、CO₂；
2.传感器实时采集 pH、DO、温度、生物量（OD / 荧光）；
3.控制系统通过 PID 算法，自动调节搅拌转速、气体比例、补料速率、酸碱添加，维持参数稳定；
4.厌氧培养通过惰性气体置换，密封盖 + 气体循环抑制氧渗入；
5.数据被记录并可用于动力学分析、工艺参数优化与放大预测。
三、设计方法
1.体积与通量匹配：初筛选 96 孔板（1 mL / 孔）；工艺优化选 250 mL 搅拌罐，并行 16–32 罐；
2.传质与混合：搅拌罐的 kLa（体积氧传递系数）需接近生产罐；微孔板通过振荡频率 + 气体流量优化氧传递；
3.材质与灭菌：一次性耗材免灭菌但成本高；可重复罐体采用 SIP（原位灭菌）或高压灭菌；
4.传感器选型：光学传感器（无接触、长寿命）适合高通量；电化学电极（精度高）适合精细调控；
5.软件与数据：支持 DoE（实验设计）、批次追溯、远程监控；数据接口兼容 LIMS 系统；
6.防污染设计：无菌接头、层流环境、气体过滤（0.22 μm 滤膜）。
四、操作流程
1.准备：选择罐体 / 微孔板；灭菌（高压 / 湿热 / SIP/EO 灭菌）；培养基配制、过滤除菌；传感器校准（pH 三点校准、DO 空气 / 氮气两点校准）；
2.接种与启动：按接种量（3%–10%）无菌接种；设定温度、pH、DO 目标值；启动搅拌、曝气；
3.运行监控：全程观察趋势曲线，记录关键时间点（延滞期、对数期、稳定期）；按需调整补料策略；
4.取样与分析：无菌取样测 OD、产物浓度（HPLC/ELISA）；
5. 结束与清洗：放罐 / 移板；一次性耗材弃置；可重复部件彻底清洗、灭菌备用；数据导出、报告生成。
五、维护保养
1.日常维护：每次使用后清洁电极 / 光学窗口，避免结垢；蠕动泵管定期更换防老化；气体滤膜检查更换；
2.定期校准：pH/DO 电极每月校准；温度探头每季度校验；传感器漂移及时更换；
3.预防性维护：密封件（O 型圈）每半年更换；搅拌轴润滑；控制柜除尘；软件更新；
4.故障处理：pH 漂移 → 检查电极污染 / 寿命、培养基；DO 偏低 → 提高转速 / 曝气、检查扩散膜；泡沫过多 → 增加消泡剂或优化通气；
5.存储：长期不用时，电极浸泡在保护液中；设备干燥、防尘存放。
