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2020年中国生物反应器行业发展趋势分析及未来市场前景预测


  生物反应器是利用酶或生物体(如微生物)所具有的生物功能,在体外进行生化反应的装置系统。该设备是一种生物功能模拟机,如发酵罐、固定化酶或固定化细胞反应器等,在医药生产方面具有重要应用。近年来,伴随着生物医药产业的飞速发展,生物反应器技术得到广泛应用,潜在市场价值有待深挖。

  (1)膜-生物反应器:这种生物反应器简称MBR,它是一种将膜分离与生物处理两项技术融为一体的新型污水处理工艺,借助膜的高效分离作用,可以彻底将污泥和水分离开,从而使出水的水质达到。近年来,我国加大了工业产业的发展力度,很多工业企业的生产规模随之进一步扩大,与此同时,工业废水的排放量剧增,对自然生态环境造成了极其严重的污染和破坏。

  膜生物反应器以其自身所具备的生物降解能力,为工业废水处理提供给了强有力的技术支撑,虽然受到投资成本和膜污染等因素的影响和制约,但随着近年来对膜生物反应器技术的研究不断深入,相信在不远的将来,膜生物反应器将会在工业废水领域中获得越来越广泛的应用。

  膜生物反应器使用现状:据中金企信国际咨询公布的《2020-2026年中国生物反应器市场研究及投资建议预测报告》统计数据显示:膜生物反应器在我国城市污水处理中所占的比例约为57%,在工业废水处理中约占41%,由此可见,膜生物反应器在工业废水处理中有着广阔的应用前景。目前,我国万吨级以上的膜生物反应器项目有40多座,其在不断地发展中日渐成熟,虽然如此,但膜生物反应器仍存在一些问题,如膜污染造成的高能耗和高成本、设备运维费用高、膜产品的规格不统一、行业标准不完善等等。

  膜生物反应器研究方向:在未来一段时期,可将膜生物反应器的研究方向集中在如下几个方面:

  ①加大高性能膜材料的研究力度,增强膜的机械强度和化学稳定性,进一步提升其使用年限,降低更换成本;

  ②对膜污染防治技术进行深入研究,从膜生物反应器污染的机理入手,采取有效的技术措施,降低膜污染所带来的能耗,尽快研究出耐污染性能较高的膜组件。

  ③对预处理工艺的优化方法和途径进行研究,通过预处理,除能够降低膜污染之外,还能降低能耗,有助于确保出水水质的zuiyou化。

  ④对行业标准进行完善,构建一套膜生物反应器设计的标准,为该技术的推广应用提供保障。

  (2)一次性生物反应器:这是目前比较新的一类生物反应器,它的体积从10ml到2m3不等,可用于如下领域:疫苗生产、蛋白重组、筛选试验等等。

  一次性生物反应器的核心组成部分是带有预先灭菌功能的培养容器,它的制作材料非常特殊,只能进行单次使用,不可以重复利用,故此称之为一次性生物反应器。不同类型的培养在材料的选取、结构设计、功率输入等方面均有所差别。

  一次性生物反应器的类型:一次性生物反应器的研究集中在以下几种类型上:摇动式、搅拌式、波浪混合式,这些类型的生物反应器全可以为细胞提供良好的生长环境,相关试验结果表明,zuida细胞密度与蛋白产量可以达到不锈钢生物反应器的水平。随着此类反应器的不断发展和研究的逐步深入,其培养规模与应用范围随之进一步扩大,细胞株、干细胞均可用其进行培养。

  一次性生物反应器的发展现状:对于动物细胞一次性生物反应器而言,其类型的选择主要取决于如下因素:培养生物量、细胞株特性等,同时,反应器的zuida培养体积和流体参数、剪切力分布以及混合时间等技术指标也同样重要。以波浪式为例,此类反应器具备低剪切力的特点,适用于对剪切力较为敏感的细胞株。

  目前,生产规模在500L以上的一次性生物反应器的类型只有搅拌式,此类反应器只装备了一些基本设备,如环形通气管、水平搅拌桨等,从而使其适用范围受到一定的限制。虽然如此,一次性生物反应器的发展前景仍十分乐观,从而为其推广应用提供了条件。操作简单、适用范围广、生物安全性高、优化过程简单、投入成本较低是一次性生物反应器较为突出的优点,由此促进了它的深入发展。

  (3)三维反应器:在传统的组织工程中,使用的反应器基本采用的都是静态的培养方式,从专业的角度上讲就是单层细胞培养,这种细胞支架共培技术在营养的传输方面不会受到营养本身的限制,这是因为营养的被动扩散可以通过10μm的厚度。如果组织的厚度大于100μm时,便会对营养物质的扩散造成一定的限制,可能会导致细胞无法在支架深处存活,从而影响反应效果。

  三维细胞培养技术是将具有三维结构特点的不同材料的载体与不同种类的细胞在体外进行共同的培养,从而使细胞可以在载体的三维空间中进行生长和迁移,进而构成三维复合物。目前,该技术在以下领域中得到了广泛的应用,如器官再造、血管二次发育、组织形成、毒理实验、新药疗效分析等等。

  旋转灌注式生物反应器是一种新型的反应器,它可以使培养液流过微管道,并使其上的细胞获得充足的养分,便于支架内代谢产物的排出,从而使细胞基质的分泌更多,分布更均匀。因此类反应器所提供的是一种动态培养的环境,加之具有应力刺激效果,因此可确保细胞在支架中心的存活率,有助于细胞功能的充分发挥。

  综上所述,生物反应器以其自身所具备的诸多优点,在诸多领域中获得广泛应用。为在现有的基础上,进一步推动生物反应器的发展,应当加大对相关方面的力度,除对现有的生物反应器进行逐步改进和完善之外,还应设计开发一些新的生物反应器,使其能够更好地为各个领域服务。

  产业前景:伴随生物医药品种及规模的扩大,药企及市场对生物反应器的要求也越来越严格。不过,由于其具有广大的发展空间,近年来,生物反应器已经有了搅拌式、固定床式、流化床式、多管式、转框式、中空纤维式、气升式、自吸式、塔式、膜反应器、微型生化反应器(反相胶束微反应器、聚合物微反应器、微条反应器)等类型。不仅如此,还有一些可提供光合作用、细菌冶金、新能源等设备。相关专家对此分析,生物反应器正朝着大型化、多样化和自动化的方向发展。

  而对于生物反应器的未来发展,有关企业人员则表示,未来几年,行业重点是生物反应器悬浮培养在生物制药行业生产中的升级换代。企业应该将成熟技术、成功率、时间、资金、人力等因素考虑进去,从而减少成本,抢占市场机遇。