生物反應(yīng)器是利用生物體內(nèi)由酶、細(xì)胞、微生物等引起的化學(xué)反應(yīng)機(jī)制來(lái)生產(chǎn)和分析有用物質(zhì)的系統(tǒng)及其反應(yīng)容器。

利用生物反應(yīng)的機(jī)制的缺點(diǎn)是比化學(xué)反應(yīng)慢。然而，它是一種 好的方法，因?yàn)樗a(chǎn)生的副產(chǎn)物較少并且不會(huì)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(wú)需準(zhǔn)備耐壓或耐熱設(shè)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(xì)胞的裝置有時(shí)被稱為生物反應(yīng)器。

生物反應(yīng)器使用應(yīng)用

1. 工業(yè)

生物反應(yīng)器廣泛應(yīng)用于食品、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、漁業(yè)和化學(xué)工業(yè)（化學(xué)產(chǎn)品）等行業(yè)。該設(shè)備除了應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、診斷服務(wù)和分析等領(lǐng)域外，還在資源、能源和生物電子等領(lǐng)域有應(yīng)用。

例如，在食品生產(chǎn)中，通過(guò)大豆、大米或果汁與曲霉菌或酵母反應(yīng)生產(chǎn)味噌、醬油、清酒、葡萄酒等的方法也可以被認(rèn)為是生物反應(yīng)器。一個(gè)典型的工業(yè)例子是通過(guò)固定化酶（使其可重復(fù)使用）來(lái)大規(guī)模生產(chǎn)氨基酸和糖。

此外，在研究和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，可以通過(guò)細(xì)胞培養(yǎng)在細(xì)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(xué)

生物反應(yīng)器還用于檢測(cè)和定量理化物質(zhì)。自動(dòng)分析儀使用固定化酶以光學(xué)方式跟蹤化學(xué)反應(yīng)，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(yīng)的方法。具體例子包括酶?jìng)鞲衅?、微生物傳感器和半?dǎo)體生物傳感器。

生物反應(yīng)器原理

生物反應(yīng)器是在溫度、pH、壓力等可控的反應(yīng)容器中，使原料反應(yīng)物與固定化酶及其他反應(yīng)元素發(fā)生反應(yīng)的機(jī)構(gòu)。經(jīng)過(guò)合成、分解、轉(zhuǎn)化、去除，得到目標(biāo)產(chǎn)物。

1. 反應(yīng)元件

使用的主要反應(yīng)元素是純化的酶、細(xì)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(yīng)元素。

廣義上，也可利用在植物細(xì)胞、肝細(xì)胞、血細(xì)胞等動(dòng)物細(xì)胞、線粒體、質(zhì)體等細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞器、激素受體、抗體等中發(fā)生的反應(yīng)。

2. 反應(yīng)元件的固定

固定反應(yīng)元件的主流方法是載體結(jié)合法，將反應(yīng)元件與不溶性載體結(jié)合。其他方法包括交聯(lián)反應(yīng)性元素的交聯(lián)法和使用捕獲劑的捕獲法。

通過(guò)固定反應(yīng)元件，更容易分離反應(yīng)元件和生成的物質(zhì)。還有一種使反應(yīng)元件浮動(dòng)而不是固定的方法。

生物反應(yīng)器的類型

生物反應(yīng)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(biāo)物質(zhì)的經(jīng)典例子，到培養(yǎng)細(xì)胞和微生物來(lái)生產(chǎn)目標(biāo)物質(zhì)的例子。用于生物制藥生產(chǎn)的細(xì)胞培養(yǎng)和細(xì)菌培養(yǎng)設(shè)備有時(shí)被稱為生物反應(yīng)器。

液體生物反應(yīng)器是最常見(jiàn)的，其中原料為液體形式。另一方面，固態(tài)生物反應(yīng)器用于曲和酶工業(yè)，其原料是固體。另外，當(dāng)使用諸如植物細(xì)胞、藻類和光合細(xì)菌等進(jìn)行光合作用的反應(yīng)元件時(shí)，已經(jīng)開發(fā)并使用了具有改進(jìn)的光供應(yīng)的光合生物反應(yīng)器。

工業(yè)用生物反應(yīng)器相對(duì)較大，而分析用生物反應(yīng)器相對(duì)較小。特別是，微生物反應(yīng)器的目的是在不收集反應(yīng)產(chǎn)物的情況下檢測(cè)反應(yīng)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(guān)生物反應(yīng)器的其他信息

1、反應(yīng)場(chǎng)條件

在生物反應(yīng)器中，根據(jù)反應(yīng)是在液態(tài)還是固態(tài)下進(jìn)行，通氣、攪拌和混合的方法以及反應(yīng)溫度控制有很大差異。 例如，如果反應(yīng)元件是需氧生物，則需要通風(fēng)，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(dǎo)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(jī)物質(zhì)、氮、磷等無(wú)機(jī)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(yīng)器的情況下，有時(shí)使用幾微升量級(jí)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(cè)量誤差。

2. 使用生物反應(yīng)器合成光學(xué)活性物質(zhì)

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

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

3.生物反應(yīng)器在再生醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用