對于細胞培養(yǎng)來說，灌流工藝是指在細胞增長和產(chǎn)物形成過程中，不斷向生物反應(yīng)器加入新的培養(yǎng)基，同時用細胞分離設(shè)備以相同速度將培養(yǎng)液和產(chǎn)物收獲，因此可以在細胞培養(yǎng)過程中不斷去除細胞碎片和副產(chǎn)物，降低細胞死亡后釋放的各種酶類可能對產(chǎn)物的影響。同時由于連續(xù)不斷的補加新鮮培養(yǎng)基而提供一個較恒定的培養(yǎng)環(huán)境，因此可獲得較高的單位體積產(chǎn)率和細胞密度。灌流培養(yǎng)的顯著優(yōu)勢在于蛋白可以隨著收獲液及時地被分離出，蛋白在反應(yīng)器內(nèi)停留時間短，較少受到培養(yǎng)體系內(nèi)各種水解酶的降解作用，有利于蛋白質(zhì)量的提高。相比于補料批次培養(yǎng)，灌流培養(yǎng)的高細胞密度、高細胞活率、高產(chǎn)量的特點使其能夠憑借小型生物反應(yīng)器規(guī)模達到補料批次培養(yǎng)大規(guī)模生產(chǎn)所得的蛋白量，實現(xiàn)了培養(yǎng)規(guī)模小型化，一定程度上節(jié)約了成本，增加了操作的靈活度。

在灌流工藝中，通過移除耗竭的培養(yǎng)液并補充新鮮的培養(yǎng)基從而實現(xiàn)培養(yǎng)基的連續(xù)更新，而細胞被細胞分離設(shè)備截留在生物反應(yīng)器內(nèi)。

目前，用于灌流培養(yǎng)的細胞截留系統(tǒng)主要有以下幾種：基于中空纖維柱截留原理而設(shè)計的交替式切向流（Alternating Tangential Flow, ATF）系統(tǒng)中的中空纖維柱通過一根管道與反應(yīng)器相連，通過高壓空氣泵入與真空泵抽負壓的反復(fù)交替切換帶動硅膠隔膜泵運動，使得細胞培養(yǎng)液通過中空纖維柱進出反應(yīng)器。

灌流工藝

BioSep是專為高密度灌流培養(yǎng)而設(shè)計的細胞截留系統(tǒng)。應(yīng)用高頻共振超聲波分離細胞的方法，具備所有傳統(tǒng)分離設(shè)備的優(yōu)勢，避免了傳統(tǒng)方法的固有問題和局限性。BioSep基于聲學(xué)共振技術(shù)設(shè)計，是真正無污染無堵塞問題的截留系統(tǒng)。BioSep可用于R&D的研究（1L/天），也可以用于過程開發(fā)和生產(chǎn)（1000L/天）。

切向流過濾（TFF）：在切向流過濾中，細胞液通過蠕動泵作用形成一個連續(xù)的環(huán)形流動方向，進入纖維膜后，廢液會通過膜排出體系之外，細胞會隨著環(huán)路重新回到培養(yǎng)體系之內(nèi)。

實際操作灌流工藝時，補加到生物反應(yīng)器內(nèi)的新鮮料液（包括培養(yǎng)基、添加物、堿等）應(yīng)與從反應(yīng)器內(nèi)移除的培養(yǎng)液相當(dāng)，生物反應(yīng)器工作體積可使用天平進行測量。

常用的灌流方法有以下幾種：

一：根據(jù)灌流速率，以設(shè)定的收獲速率泵出上清液，同時通過反饋控制自動補加新鮮培養(yǎng)基以維持培養(yǎng)體積恒定。

二：新鮮培養(yǎng)基也可按設(shè)定的速率補加，而上清液根據(jù)培養(yǎng)液水平，自動泵出。當(dāng)然在儀器故障時，前者可能導(dǎo)致生物反應(yīng)器工作體積減少以至排空，后者可導(dǎo)致生物反應(yīng)器溢出。當(dāng)發(fā)生該類情況時，V-Control通過罐重天平的反饋，罐重低于或高于操作員預(yù)先設(shè)定的報警值，將及時發(fā)出報警提醒操作員。

三：在無反饋控制下，使用校準泵進行補料和收獲，但這種方法需要較多的手動監(jiān)測和檢查，以避免反應(yīng)器內(nèi)體積的變化，所以這種方法不適用于生產(chǎn)工藝。

1 turn-key solution: V-Control

V-Control利用兩個外置的蠕動泵和天平，通過系統(tǒng)實時監(jiān)控調(diào)節(jié)補料和收獲。按給定的速率補加新鮮培養(yǎng)基，而耗竭培養(yǎng)基根據(jù)浮動的反應(yīng)器重量變化，自動泵出。值得注意的是，即使使用*相同的泵，也不一定能提供*一致、精確的流速，而且長時間運行后出現(xiàn)的泵管老化現(xiàn)象會加劇這種情況。V-Control的FEED模式可以有效改善這種情況，通過在設(shè)定的時間間隔(e.g.0.5hour)計算培養(yǎng)基天平重量的變化，并與給定速率進行比較，自動調(diào)整補料泵速，減少泵及泵管帶來的誤差，精準控制灌流培養(yǎng)液的流量。另外收獲泵與罐重關(guān)聯(lián)，根據(jù)浮動的反應(yīng)器重量反饋，通過PID的調(diào)控持續(xù)調(diào)整收獲泵的速度，控制流出的培養(yǎng)液流量，將罐內(nèi)培養(yǎng)液保持在設(shè)定值，提供恒定的培養(yǎng)環(huán)境。

V-Control操作界面

由Applikon和Emerson聯(lián)合開發(fā)的V-Control適用于灌流工藝，也可應(yīng)用于其他工藝。開放的軟件架構(gòu)實現(xiàn)功能定制，無縫技術(shù)轉(zhuǎn)移和可放大的工藝數(shù)據(jù)。適用于實驗室到生產(chǎn)的反應(yīng)器以及與信息系統(tǒng)的高度整合。