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生物反应器的比拟放大(生物反应器的比拟放大计算)

来源:www.haichao.net  时间:2023-01-14 16:59   点击:88  编辑:admin   手机版

1. 生物反应器的比拟放大计算

转基因植物抗体是通过基因工程技术将编码全抗体或抗体片段的基因导人植物,并在植物中表达或生产的具有免疫活性的抗体或其功能片断。

这是抗体基因工程的一项新技术,在许多生产领域内具有应用价值。人类既可以以植物为生物反应器异源表达和生产具有药用及商业价值的抗体;也可直接利用抗体在植物体中进行免疫调节,以研究植物生理代谢机制,或增加植物抵抗病虫害的能力。   在生物医药领域的应用   从经济效益和安全角度考虑,利用植物表达抗体较其他体系有着不可比拟的优越性,因此植物抗体倍受国际生物医药产业的青睐。植物抗体的医疗用途主要体现在以下几个方面:诊断、防治蛀牙、孢疹治疗、肿瘤治疗等。已有4种植物抗体展示出在人类疾病治疗上具有潜在应用价值。第一种是用烟草表达的引起龋齿的链球菌表面抗原的嵌合抗体免疫球蛋白IgG/A,在预防病菌定植上和杂交瘤生产的抗体作用一样,且没有发现人体产生抗鼠抗体,应用安全。这是唯一开始大规模生产的植物抗体,已经进入二期临床。第二种植物抗体是利用大豆表达的人的抗单纯疱疹病毒(HSV)抗体,在小鼠模型中能预防HSV-2的传播,和细胞培养生产的单克隆抗体作用基本一致。第三种是利用小麦和水稻表达的针对癌胚抗原(Carcinoembryonic antigen,CEA)的抗体,可用于肿瘤治疗研究。第四种是通过病毒载体在烟草中瞬时表达得到的淋巴瘤治疗用独特型疫苗抗体。还有报道称转基因烟草产生的狂犬病抗体能够保护仓鼠免受致命剂量的丛林狼狂犬病病毒的侵袭,且在人工养殖细胞试验中能对多种狂犬病病毒起到抑制作用,这为狂犬病的治疗带来了新的希望。   此外,近几年,植物作为外源蛋白的天然生物反应器,生产可食性疫苗和植物抗体的研究,也成为新的热点并取得可喜进展。   在农业领域的应用   ①介导植物自身免疫:植物中表达的重组抗体除了直接用于临床外,也可用于植物体自身对环境胁迫的反应。如介导植物抗病毒、细菌、真菌及线虫等,是植物分子育种的又一途径。Tavladoraki等把编码对AMCV病毒有作用的单链抗体(scFv)的基因导人烟草细胞,获得的转基因植株抗AMCV侵染,表现为发病率降低,发病延缓。这一研究结果使人们看到了利用“胞内抗体免疫技术”防止病毒及害虫危害的曙光。而Van Engelen等和De Wilde等分别在烟草和拟南芥的胞间表达全长抗体的成功则给人们展示了利用抗体防止病原菌危害的可能性。   ②调节植物代谢:20世纪90年代以来,通过基因工程手段调控植物的研究逐渐兴起,并被预言为今后几年的一个重点发展领域。抗体分子可通过与被修饰的目标分子特异结合稳定或阻断其生物活性。若被修饰的分子是代谢中的关键酶,可改变植物的相关代谢途径,调控植物的生长发育,或使植物高水平积累某一有价值产物。目前,调控代谢的基因工程策略主要有两种,一是通过反义RNA技术抑制某一内源基因的表达;

二是通过导入异源基因促使某一产物的形成和累积。胞内抗体技术是继反义RNA技术之后的一种新型代谢调控技术,它利用重组DNA技术,在植物细胞内空间特异性表达有活性的抗体分子,从而特异性干扰或阻断某些生物大分子的合成、加工和分泌过程,进而导致细胞一系列生物过程的改变。

2. 生物反应器的设计与放大

高密度生物反应器是指利用为细胞或细菌等微生物进行生化反应提供良好反应环境的设备。生物反应器中的微生物处在一个稳定的培养环境中,并能得到培养介质的循环供给。生物反应器的设计与开发除需符合GAMP5与ASME BPE等标准的相关规定外,还需了解所选用的pH、温度、氧需求、生长率等微生物培养条件,以及最终产品的表达和浓度。

3. 生物反应器的比拟放大计算公式

干发脱硫是一种简易、高效、相对低成本的脱硫方式,一般适合用于沼气量小,硫化氢浓度低的沼气脱硫。干法脱除沼气气体中硫化氢(H2S)的设备基本原理是以O2使H2S氧化成硫或硫氧化物的一种方法,也可称为干式氧化法。干法设备的构成是,在一个容器内放入填料,填料层有活性炭、氧化铁等。气体以低流速从一端经过容器内填料层,硫化氢(H2S)氧化成硫或硫氧化物后,余留在填料层中,净化后气体从容器另一端排出。干式脱硫主要包括主体钢结构、脱硫剂填料、观察窗、压力表、温度表等组件。脱硫塔通常设计为一用一备,交替使用,即一个脱硫,一个再生。 含有硫化氢(H2S)的沼气进入脱硫塔底部,在穿过脱硫填料层到达顶端的过程中,H2S与脱硫剂发生以下的化学反应: 第一步:Fe2O3·H2O+3H2S=Fe2S3+4H2O(脱硫)第二步:Fe2S3+3/2O2+3H2O=Fe2O3·H2O+2H2O+3S(再生)含有硫化氢的沼气首先与底部入口处荷载相对高的脱硫剂反应,反应器上部是负载低的脱硫剂层,通过设计良好的沼气空速和线速,干式脱硫能到达良好的精脱硫效果。在沼气进入干式脱硫塔之前,应设置有冷凝水罐或沼气颗粒过滤器。该装置可以消除沼气中夹杂的颗粒杂志,并使得沼气在进入脱硫前含有一定湿度。当观察到脱硫剂变色,或系统压力损失过大时,应交替使用另一个脱硫塔。当前的脱硫塔在沼气放空后,进行自然通风,对脱硫剂进行再生。当再生效果不佳时,应从塔体底部将废弃的脱硫剂排除,在底部排放废弃填料的同时,相同体积的新鲜脱硫填料加入反应器中。湿法脱硫可以归纳分为物理吸收法、化学吸收法和氧化法三种。物理和化学方法存在硫化氢再处理问题,氧化法是以碱性溶液为吸收剂,并加入载氧体为催化剂,吸收H2S,并将其氧化成单质硫,湿法氧化法是把脱硫剂溶解在水中,液体进入设备,与沼气混合,沼气中的硫化氢(H2S)与液体产生氧化反应,生成单质硫吸收硫化氢的液体有氢氧化钠、氢氧化钙、碳酸钠、硫酸亚铁等。成熟的氧化脱硫法,脱硫效率可达99.5%以上。在大型的脱硫工程中,一般采用先用湿法进行粗脱硫,之后再通过干法进行精脱硫。湿法脱硫塔主体包括洗涤塔、硫化氢采样与监测系统、碱液配置槽、供水软水装置、液位控制系统、支撑件和连接件。脱硫系统通过对出气硫化氢浓度的监控以及PH值监控,实现全自动运行。运行时,沼气由下至上通过脱硫塔,Na2CO3溶液(或NaOH溶液)从顶部向下喷淋,使得H2S气体与碱液发生了充分的化学反应。碱液存储在脱硫塔的下方,通过计量泵自动添加,计量泵的添加控制通过对出气H2S浓度的监控自动运行。当采用碳酸钠(Na2CO3)试剂脱硫时,主要发生如下反应:H2S+Na2CO3=NaHS+NaHCO3(1)  CO2+Na2CO3+H2O=2NaHCO3(2)由于沼气中含有的大量CO2成分,同样会消耗碱液。系统应能对反应条件(包括反应温度、PH值)等进行控制,设置最优反应条件,尽可能地减少碱液的消耗量。生物脱硫技术包括生物过滤法、生物吸附法和生物滴滤法,三种系统均属开放系统,其微生物种群随环境改变而变化。在生物脱硫过程中,氧化态的含硫污染物必须先经生物还原作用生成硫化物或H2S然后再经生物氧化过程生成单质硫,才能去除。在大多数生物反应器中,微生物种类以细菌为主,真菌为次,极少有酵母菌。常用的细菌是硫杆菌属的氧化亚铁硫杆菌,脱氮硫杆菌及排硫杆菌。最成功的代表是氧化亚铁硫杆菌,其生长的最佳p  H值为2.0~2.2。沼气生物脱硫是20世纪90年代发展起来的新技术,在国外已得到了广泛研究,在应用方面也取得了很大进展。国外已有较成熟的沼气生物脱硫集成技术,主要包括荷兰帕克公司的壳牌-帕克工艺(shell-PAQ工艺)、奥地利英环(EnvironTec)生物滤池脱硫工艺等,这些工艺在国内也得到了较广泛应用。国内的生物脱硫技术目前还处于研究阶段。下面以奥地利英环EnvironTec生物脱硫技术为例,介绍一下沼气生物脱硫工艺。EnvironTec生物脱硫在全球迄今已完成400多个工程案例,在国内也有不少工程案例,该技术被证明是沼气脱硫的最佳实践技术,一个典型的案例表明,生物脱硫的综合运行成本低于每立方沼气2分钱。工艺描述:将一定量的空气导入含有硫化氢的沼气中,混合气体通过EnvironTec生物脱硫塔去除硫化氢。在反应器内部安装有特殊的塑料填料,它们为脱硫细菌繁殖提供充分的空间。营养液的循环使填料保持潮湿状态,并且补充脱硫细菌生长繁殖所需的营养。专属菌种(如丝硫菌属或者硫杆菌属),借助营养液在填料中繁殖。在这种情况下,他们从混合沼气中吸收硫化氢,并将他们转化为单质硫,进而转化为稀硫酸,化学反应式如下:H2S+2O2=H2SO42H2S+O2=2S+2H2OS+H2O+1.5O2=H2SO4  生成的稀硫酸在营养液和自来水的缓冲中和作用下,一起排出系统,此过程周而复始。1反应塔5营养液供应9热交换器13营养液液位控制器  2填料6稀释用水10气分析仪14空气流量计3沼气入口7循环液11pH控制仪15营养液废液排出口4空气供应8营养液泵12温度计16安全流量控制开关沼气(3)进入反应器(1)底端,并从底端穿过填料层到达顶部。空气(4)通过变频控制精确添加。尾气成分分析仪(10)对余氧浓度监控并与空气风机连锁。循环液通过循环泵(8)循环喷淋。液位开关(13)控制整体的液位平衡。为了保证细菌的最佳活性,采用热交换器(9)和温度监测(12)对系统温度调节控制。PH仪(11)用于控制营养液的质量(酸碱度),例如当PH低于设定值时,新鲜的营养液(5)和稀释用水(6)自动加入脱硫塔中,在此同时,废液(15)自动排出,并保持液位平衡。

4. 简述反应器放大的方法和各种方法的优缺点

固定床,由于流体是柱塞流,不存在返混现象,但是对于热效应明显的反应,会存在传热的问题,通常会将催化剂分多段装填.另外,也很难保证催化剂各处的反应物均匀.但固定床结构简单,容易设计,是工业上最广泛彩的反应装置.流化床,流体处于完全返混状态,可以更有利于传质传热.由于催化剂与反应物一起运动,可以使反应物与催化剂更充分的接触,可以获得转化率更高产物品质更稳定的产物.但是由于催化剂与反应物一起运动,反应后需要将催化剂分离,一般采用旋风分离机,所以催化剂不可避免会有所损失,也会造成粉尘污染.而且催化剂与因与流体一起运动,会不断发生碰撞,会造成催化剂的磨损.由于催化剂处于悬浮状态,所以催化剂的粒径要合适.总体上来讲,流化床的设计难度较大.

5. 生物反应器的比拟放大 例题

2002年3月25号22时15分,我国研制的神舟三号飞船在酒泉卫星发射中心发射升空并成功进入预定轨道。神舟三号在轨运行7 天,各系统工作正常,运行状态良好,完成了预定的全部科学实验和探测任务,取得了圆满成功。这次发射成功标志着我国载人航天工程取得了新的重要进展,为把中国的航天员送上太空打下了坚实的基础。

这次发射的神舟三号是一艘正样无人飞船,飞船技术状态与载人状态完全一致。与第二次飞行试验相比,主要是增加了逃逸和应急救生功能。飞船具备待发段和上升段应急救生功能,完善了备份伞子系统;运载火箭具备了故障检测和逃逸功能,控制分系统采用了冗余技术。

飞船装载10项44台有效载荷设备,其中返回舱13件、轨道舱11件、附加段20件,以对地观测和科学实验为主,主要包括:卷云探测仪、中分辨率成像光谱仪、地球环境监测系统、多工位空间晶体生长炉、空间蛋白质结晶装置、空间细胞生物反应器、空间环境监测系统、窗口组件、有效载荷公用设备等。飞船自主飞行期间,空间应用系统主要进行了材料科学和生命科学试验,同时穿插进行部分光学遥感在轨测试试验及地球环境探测和空间环境高层大气监测仪器的试验任务。留轨期间主要进行中分辨率成像光谱仪、卷云探测仪和地球环境探测设备的光学遥感对地探测试验,并进行空间环境高层大气监测试验。

飞船中安装了形体假人及人体代谢模拟装置、医监设备和舱内辐射环境监测设备等,并进行了相应试验。飞船上装有的人体代谢模拟装置、拟人生理信号设备以及形体假人,能够定量模拟航天员在太空中的重要生理活动参数。

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