课程文献中心 更多>>

关键词： CHO细胞   单克隆抗体   制备工艺   生物反应器  

摘要： 随着细胞融合技术及基因工程的发展，大规模动物细胞培养技术已成为生物制药工业领域的关键技术之一。本课题以表达重组抗RANKL单克隆抗体的CHO-K1细胞为研究对象，通过筛选培养基，建立合理的过程控制策略，从而提高CHO细胞的目的蛋白产量，并在200L生物反应器中进行放大试生产研究，确定单克隆抗体上游制备工艺。\n 我们首先通过摇瓶实验，选定50％G201+50％P301和F401作为CHO细胞培养的基础培养基和补料培养基，细胞在该培养基中培养12天，表达量达到2.2mg/ml，比原工艺提高69％。随后，在反应器中，我们通过实验对比，选定葡萄糖补加浓度为4g/L，表达温度、培养pH、培养周期分别为37℃、pH6.9～7.1、14天。\n 在反应器的放大研究中，我们通过实验分析及计算，确定了200L反应器的搅拌转速为85rpm，并按照优化后的工艺在200L生物反应器中试生产，最终抗体表达量达2.58mg/ml，且糖基化、电荷变异体、分子大小变异体、生物学活性等质量指标均符合要求。

关键词： 跑道池反应器   微藻培养   全生命周期   动力学模型  

摘要： 近年来，能源短缺和环境污染已经成为影响世界经济和社会发展的重大问题。微藻作为一种新型的生物质能源，具有光合作用效率高、生长周期短、占地面积小、生产成本相对较低、油脂产率高以及二氧化碳固定率高，且与玉米、油菜籽等传统生物燃料相比，具有不与人争粮、不与粮争地的巨大优势，因而越来越受到重视。\n 用于微藻培养的反应器主要包括开放式和封闭式两种。跑道池反应器是目前使用最为广泛的开放式微藻培养系统，其优势是成本低，容易进行扩大化培养。跑道池的发展受到微藻光合效率、传质以及光照等因素的限制，生产效率低。目前针对跑道池反应器的研究主要集中在对反应器性能的强化以及培养条件的优化层面上，而对如何科学的设计反应器研究较少。\n 本文对不同类型的跑道池反应器进行了分类整理，基于生化反应动力学中的单一限制性光生物反应动力学模型，提出了传统结构跑道池反应器的设计计算方法，并且以普通小球藻为培养对象，进行了跑道池光生物反应器的设计计算。基于设计计算的结果，作了电厂烟气培养微藻生产生物柴油系统的全生命周期评价。对生物法、物理法、化学法三种固定CO2法进行了全生命周期评价的对比分析。在跑道池反应器设计方法的基础上，根据全生命周期评价的结果，提出了跑道池反应器的设计和运行的改进方案。\n 主要研究内容和成果如下：\n ①研究了利用单一限制性光生物反应动力学模型求解跑道池反应器的生物质产量。在单一限制性光生物反应动力学模型中，把平均光强作为限制因素，利用平均光强和培养液浓度以及液深的关系，通过单一限制性光生物反应动力模型和长直管道模型研究得到了微藻收获时的浓度和液深的关系式。研究跑道池反应器的结构尺寸对功耗的影响，得到了跑道池反应器功耗和其结构尺寸的关系式。利用跑道池反应器单位面积生物质产量和功耗的关系式，以跑道池单位面积能量净收益最大为标准确定跑道池的相关参数。基于跑道池相关几何结构参数和运行工况参数进行跑道池反应器曝气系统和动力系统的设计，得到跑道池反应器的设计方法。\n ②利用普通小球藻降解电厂烟气中的 CO2进行跑道池反应器实例设计计算，得到了液面处光强为300μmol/m2·s时，跑道池反应器直槽道宽为3m，长为30m，培养液液深为0.25m，流速为0.21m/s时其单位面积净收益最大为0.377MJ/m2，单个跑道池反应器的年生物质产量为1289.754kg。\n ③研究了电厂烟气培养微藻生产生物柴油系统的生命周期情况，系统的边界范围是从电厂烟气除杂脱硫开始到生产出生物柴油结束，生产1kg生物柴油为功能单位，将电厂烟气培养微藻生产生物柴油系统划分为电厂烟气的除杂脱硫过程、高温烟气余热回收过程、微藻的培养过程、微藻的采收过程、微藻制取生物柴油过程、运输过程。利用生命周期评价方法和OPENLCA软件计算得出了如下结果：电厂烟气培养微藻系统生产生物柴油1kg的生命周期中，消耗电力6.226kW·h，柴油9.832×10?3g，石灰石0.441kg，水泥0.536kg，钢材0.319kg，混凝土0.735kg， CO26.321kg。产生CO2为-5.115kg，SO2为4.613×10?3kg，NOx为1.319×10?3kg， ethylene为5.049×10?4kg。\n ④研究了电厂烟气培养微藻生产生物柴油系统各单元过程的能耗占比以及整个生命周期各种环境影响潜值的占比情况，研究结果表明，在生产1kg生物柴油的生命周期中，微藻培养过程是能量消耗最大的单元过程，该单元过程的能耗占到了总能耗的50.272%；其次是微藻制取生物柴油的过程，占总能耗的32.151%；微藻采收过程占总能耗的12.376%；电厂烟气除杂脱硫过程占总能耗的2.819%；运输过程占总能耗的2.382%。在生产1kg生物柴油的生命周期中，全球变暖对环境的影响潜值是负的，这说明在整个利用电厂烟气培养微藻生产生物柴油的过程中是吸收环境中的 CO2的，整个生命周期中是降低了全球变暖对环境的影响。对于另外三类环境影响都是对环境排放危害物，其中光化学烟雾的影响最大，占总的环境影响潜值的78.261%；其次为酸化的影响，占总的环境影响潜值的18.577%；环境影响潜值最小的为富营养化，占总的影响潜值的3.162%。如果把全球变暖的环境影响潜值考虑在内，则总的环境影响潜值为0.018 mPET2000。\n ⑤对生物法、物理法、化学法三种固定CO2法进行了生命周期评价对比分析，研究结果表明，每处理1kg CO2的生命周期过程中，生物固定CO2法的净能值最大，为2.153MJ，其次为化学固定 CO2法，为1.1MJ，净能值最小的是物理固定CO2法，为-3.6MJ。对于总的环境影响潜值，生物固定CO2法最小，为0.004 mPET2000，化学固定CO2

关键词： 狼爪瓦松   药用菌   愈伤组织   生物反应器   培养基配方   有效成分  

摘要： 瓦松属植物具有很高的药用价值，市场需求量较大。但由于自然环境和人工栽培方面的种种原因，有效成分的含量也不稳定、产量低，难以满足市场需求。所以，探寻一种获得可靠原材料的途径对于瓦松属植物产品生产和开发具有重要的意义。因此，本研究通过培养富含有效物质的瓦松愈伤组织，旨在为其产品生产提供大量愈伤组织作为另一种原材料打下理论基础。因此，本试验以长白山地区狼爪瓦松的种子为试验材料进行愈伤组织诱导，研究影响愈伤组织生物量和有效物质积累的多种因素，同时利用生物反应器进行了愈伤组织大量培养的研究。\n 为了探明MS培养基浓度和6-苄氨基腺嘌呤（6-BA）及萘乙酸（NAA）浓度组合对狼爪瓦松愈伤组织的生物量和有效物质积累（多糖、酚、黄酮）的影响，本研究采用均匀设计法进行试验设计，结果发现，在1倍MS培养基与6-BA3.5mg·L-1和NAA0.1mg·L-1的组合处理中愈伤组织生物量有效物质含量最高。通过研究培养基中蔗糖的影响，发现30g·L-1的蔗糖明显好于其他蔗糖浓度处理。另外，MS培养基中总氮浓度、铵态氮和硝态氮浓度及磷浓度的也有显著的影响，当培养基中总氮浓度调节为60mM时，愈伤组织生物量及黄酮和多糖含量最大，而多酚含量在氮浓度为30mM时最高；当培养基中铵态氮和硝态氮的浓度均调节为30mM时，愈伤组织生长最旺盛，有效物质含量也最高；培养基中磷浓度调节为2mM时，最适宜愈伤组织的生物量积累。\n 本研究利用3L气球型气升式反应器进行了愈伤组织培养。为确定愈伤组织反应器培养的最佳时期，研究了愈伤组织生物量和有效物质积累的动态，发现20d时生物量达最大，20～30d时无明显变化，30d时下降；有效物质的生产量在25d时最高，因此，狼爪瓦松愈伤组织反应器培养时期以25d为最佳。对反应器培养中通气量的影响进行研究的结果，通气量为0.15vvm时，最利于愈伤组织生物量和有效物质的积累，可获得634.2mg·L-1的多糖，129.0mg·L-1的酚和112.5mg·L-1的黄酮。本研究表明利用植物细胞培养手段，通过培养基的调控及生物反应器应用，可获得含较高有效物质的大量愈伤组织，这些愈伤组织基本能够满足作为瓦松产品开发和生产的原材料条件。

关键词： 猪繁殖与呼吸综合征病毒   微载体培养   Marc-145细胞   循环灌注培养   分批换液式培养   消化传代式培养  

摘要： 分析比较了3种不同微载体悬浮培养工艺——分批换液式、消化传代放大式、循环灌注培养式对Marc-145细胞微载体培养效能及生理代谢的特点及差异,并实现了从5 L至60 L反应器放大过程的PRRSV实际增殖应用。结果表明,在5 L动物细胞反应器中使用相同的微载体用量6 g/L,分批换液式培养和消化传代放大式培养仅获得27×105~28×105cells/m L的细胞密度,低于循环灌注培养式的培养能力(59.4×105cells/m L)。根据这3种不同培养工艺的特点,设计并实施了可应用于实际生产的工艺流程,即Marc-145种子细胞以循环灌注培养方式在5 L反应器中完成初级培养,经消化传代工艺,将种子细胞放大接种于60 L反应器中进行分批换液式的二级培养,用于PRRSV的大规模增殖,结果显示PRRSV增殖滴度可达到108.3TCID50/m L。该过程成功地模拟了Marc-145细胞在工业级水平上的放大培养操作工艺,其放大倍数达到1∶3的传代系数,具备实际应用价值。

关键词： 托烷类生物碱   分子调控   发根   生物反应器  

摘要： 托烷类生物碱主要包括阿托品、莨菪碱、山莨菪碱、东莨菪碱和樟柳碱,是主要抗胆碱类药物。解析药用茄科植物托烷类生物碱合成的分子调控机制以及研发高产托烷类生物碱的植物生物反应器一直是近几年的研究热点。该文对近年来国内外有关托烷类生物碱在不同茄科植物中的合成部位、分子调控和利用转基因技术研发高产托烷类生物碱的发根生物反应器的研究进展进行综述,并对可能存在的问题以及应用前景进行了展望。

关键词： 高氨氮有机废水   厌氧-好氧工艺   活性污泥   功能菌   种群结构  

摘要： 高氨氮有机废水存在难处理、高污染、可生化性差等问题，使得污水生化处理面临巨大挑战。为了尝试解决高氨氮有机废水污染问题，找到适用于处理高氨氮有机废水的工艺系统，本论文通过构建厌氧-好氧组合处理试验装置，利用模拟高氨氮废水培养出脱氮活性污泥，进而应用于处理实际沼液，考察了厌氧-好氧工艺中活性污泥对模拟高氨氮有机废水、实际沼液的处理效果及脱氮除碳过程的影响因素，并研究反应系统中微生物种群结构变化规律，解析硝化反硝化功能菌的生态学关系，为现有高氨氮有机废水处理的强化及同步脱氮除碳机理提供进一步的参考。主要研究结论如下:\n (1)系统考察了NH4+-N浓度、C/N、不同工艺条件（单独好氧、单独厌氧、厌氧-好氧串联、厌氧-好氧循环工艺）以及循环工艺参数（循环流量、循环流速、进水氨氮浓度）下活性污泥处理模拟的高氨氮有机废水的影响。当进水氨氮浓度低于150 mg/L时，上述四种工艺条件除了单独厌氧状态外，其他三种工艺条件在24 h都可以达到近99.99％的氨氮降解率，COD降解效率能够长期稳定在95％以上;当初始氨氮浓度250 mg/L时，好氧活性污泥对氨氮去除率高达72％，去除速率能够达到14.3 mg/(L·h)，COD去除率为85％，去除速率维持在59.7 mg/(L·h)左右;对于高浓度(＞350 mg/L)氨氮进水，单独好氧反应器处理的氨氮效率低于30％，厌氧-好氧循环工艺有60％的氨氮去除率，COD去除率依然可达90％，且150 mg/L的进水氨氮能够在4～8 h降解至达排放标准。考察循环工艺影响因素，得出最佳A/O工艺条件即低于400 mg/L进水氨氮浓度、循环流量为15mL/min(10 rpm)、C/N=8～12。\n (2)高通量测序结果表明处理高氨氮有机废水变形菌的占比高达45％。在高强度曝气条件下，DO仅0.01～0.2 mg/L污泥的耗氧速率很高，之后的DO会增加到6～8 mg/L，COD刚好检测出很少或基本降解完全，出水NO3--N、NO2--N积累量远小于NH4+-N的减少量，系统实现了同步硝化反硝化。NH4+-N的代谢途径很可能是一部分未经过NO3--N而直接脱出系统或系统存在异养硝化且较高的反硝化作用。\n (3)考虑到实际废水的复杂性，实验后期以活性污泥处理实际沼液为研究对象。得出超过650mg/L的NH4+-N对微生物产生很强的抑制作用，在48 h仅能完成20％的氨氮降解率，延长反应时间至60 h对沼液氨氮的去除率可达68.9％。535 mg/L沼液氨氮可以从一开始108 h降到100 mg/L以下缩短至50 h降到80mg/L出水氨氮，添加葡萄糖可以提高好氧污泥对沼液COD的利用率并最终实现完全硝化反硝化效果，出水氨氮仅12.5 mg/L。厌氧-好氧组合工艺可以实现不添加葡萄糖的情况下利用沼液碳源，当进水浓度COD为3500mg/L、NH4+-N为750mg/L时，通过A/O工艺处理可以使出水COD低于500 mg/L，NH4+-N低于55 mg/L。\n (4)微生物种群分析显示处理沼液氨氮及COD主要由Pseudomonas、vadinBC27_wastewater-sludge_group、W27 norank、Acinetobacter、Brevundimonas、Propionibacteriaceae这6株菌发挥作用，其中厌氧反应器Pseudomonas、Propionibacteriaceae占比超过50％，好氧反应器占比50％丰度是Brevundimonas、W27 norank两株菌。

关键词： 膜生物反应器   研究   污水处理  

摘要： 膜生物反应器是一种新型的污水处理方法,在近些年来得到了迅速的发展。在水处理方面也得到了广泛的应用,尤其是在中小型的污水处理系统中,但是其还存在很多问题需要解决。本文讨论了膜生物反应器的工艺特点、反应器类型以及影响因素等,并且对其今后的发展方向进行了深入的分析。

关键词： 泥鳅   转基因动物   生物反应器   粘液腺   干扰素  

摘要： 利用转基因技术将编码目标蛋白的基因序列转移到微生物、动植物细胞或活体动物的基因组内，可获得高效表达具有相应生物活性蛋白分子的转基因生物反应器。目前有多种类型的生物反应器，但它们均存在这样或那样的缺陷，如转基因操作困难、表达效率低、表达产物难以纯化等，亟待研制一种新型的生物反应器，用于药用蛋白的高效表达。为此，我们构建了一个由斑马鱼皮肤krt8基因启动子及其调控的草鱼Ⅰ型干扰素基因(IFN1)组成的转基因载体，研制出转基因泥鳅(Paramisgurnus dabryanus)，尝试利用其皮肤分泌的大量粘液，获得具有生物活性的草鱼Ⅰ型干扰素。\n 在前期研究中，我们对泥鳅粘液蛋白质组和皮肤转录组进行了分析，寻找粘液细胞特异性的启动子。在粘液蛋白质组的440个蛋白和转录组的40364个unigene中，我们分三批次对其中53个基因进行了逆转录PCR和原位杂交等实验，确定了三个在泥鳅皮肤组织中相对特异表达的基因。对泥鳅皮肤组织中呈特异性表达的基因进行分析，我们获得了pdlgals1和rblec的全长cDNA序列。lgals1的全长cDNA编码一条长132个氨基酸的多肽，包含4个外显子;rblec的全长cDNA编码一条321氨基酸的多肽，包含12个外显子;两个基因的基因组序列长度分别为3466 bp和5954 bp。基于获得的基因组序列设计引物，通过染色体步移技术，我们分别得到了lgals1和rblec两个基因的5\'-侧翼序列，长度分别为3577bp和1698bp;然后，运用GFP显微注射及双荧光素酶报告系统检测5\'-侧翼序列的转录活性。\n 利用pT2-krt8-IFN1转基因质粒和SB mRNA共注射，研制出转基因泥鳅。我们获得了一个可稳定遗传的品系P207，并在该品系的后代阳性鱼中检测到转植基因IFN1的转录本，整合位点分析显示是质粒随机整合事件。\n 本研究利用泥鳅，建立了一套有效的生物反应器研制方法，包括皮肤粘液蛋白质组和皮肤转录组分析、泥鳅繁殖与幼鱼培育、转基因操作、阳性检测和转基因遗传分析等，为后续优化泥鳅生物反应器模型奠定了基础。

关键词： 废气处理   二氧化硫   嗜热脱硫菌   生物反应器   种群演替  

摘要： 随着社会和经济的发展，废气的排放和污染问题日益严重。在化石燃料燃烧、污泥焚烧等过程中会产生大量的带有一定温度的含硫废气，这些废气的排放严重威胁着生态环境和人类健康。在各类废气处理方法中，生物法因其效率高、设备简单、投资少、易于管理、无二次污染等优点，成为处理废气的首选。针对工业排放的含硫废气普遍具有较高温度的特点，本研究以SO2为目标污染物，培养驯化嗜热脱硫菌、筛选填料，构建处理含SO2废气的嗜热脱硫菌的生物体系，考察嗜热脱硫菌生物反应器的运行效果及影响因素，分析反应器内微生物的种群演替特征，解析嗜热脱硫菌处理含SO2废气的机制，为嗜热菌处理含硫废气提供科学数据及理论依据。主要研究结果如下:\n (1)以含硫物质为底物，将微生物在一定温度下驯化培养，获得嗜热脱硫菌群。通过对比试验，研究驯化后微生物的脱硫性能。运用扫描电镜、X-射线衍射等方法，分析比较12种填料的表面形态、物质组成、机械性能等，建立填料的筛选方法。将驯化的嗜热脱硫菌与筛选的填料按一定的比例和方法混合，构建处理含SO2废气的嗜热脱硫菌群的生物体系。\n (2)考察了嗜热脱硫菌生物反应器对SO2的处理效果及影响因素。经过长期稳定运行，反应器能够有效去除SO2，平均去除率为93.10％，最大去除能力为50.67g/m3·h。填料含水率对SO2的去除率影响较大，当含水率高于80％时，SO2去除率可达到99％以上。改变含水率，对微生物的群落结构有影响。通过对比不同的喷淋量和喷淋时间，制定了对嗜热脱硫菌生物反应器进行每天喷淋500mL的最佳喷淋方案。SO2的氧化产物主要为SO42-。\n (3)定期采集微生物样品，采用分子生物学方法分析微生物的种群特征，检测结果显示:启动期内，微生物的多样性降低。随着运行时间的延长，细菌及硫细菌的数量逐渐增加。反应器运行8个月后，填料上及淋洗液内的细菌的数量分别为2.56×1010 CFU/mL和5.54×107 CFU/mL，硫细菌比例较高。微生物多样性随运行时间的增加逐渐增加，功能菌群包括Bacillus sp.、Brevibacillus sp.、Aneurinibacillus sp.、 Acinetobacter sp.、Pseudomonas sp.、 Paenibacillus sp.、Ralstonia sp.，大部分为嗜热脱硫菌，是去除SO2的功能菌。这些菌经扩大应用在示范工程的生物滤塔内，对SO2的脱除依然发挥作用。\n (4)探索嗜热脱硫菌降解SO2的机制，研究结果显示:在嗜热脱硫菌生物反应器内存在气、液、固三相，填料的吸附、水的吸收及微生物的去除三方面作用共同完成了SO2的净化，其中，微生物的去除占主导作用。水分阻碍SO2的传质，同时影响填料内部氧气的分布状态。当填料含水率高于60％时，填料中心的氧浓度低于填料表面，填料内部呈现出好氧—缺氧—好氧的状态;含水率低于40％时，填料内氧气分布较均匀，表面与中心的氧浓度差异不大。填料内部氧的分布不均匀导致微生物的群落结构发生相应地变化，好氧微生物多存在于填料表面，填料中心出现兼性厌氧菌。反应机制的探索为控制及优化反应器运行提供了理论基础。