高贤申

    (上海森松制药设备工程有限公司，上海 201323)

    生物反应器指以活细胞或酶为生物催化剂进行细胞增殖或生化反应提供适宜环境的设备，它是生物反应过程中的关键设备，生物反应器的结构、操作条件和操作方式的选定对产品的质量、收率(转化率)和能耗有密切关系。

    一个良好的生物反应器应满足如下要求：①具有一定耐压和耐温能力，结构严谨并符合洁净设计要求；②选材要能耐腐蚀、耐蒸汽的反复灭菌，且对微生物无毒害；③具有良好接触和混合性能、能高效传递热量，确保适宜的生物反应条件；④表面光滑，易于清洗和灭菌并减少金属离子对生物反应的影响；⑤有适当的接管和仪表控制系统，便于供料、卸料、供气、清洗、灭菌，并能自动控制和检测；⑥在保持生物反应要求的前提下，降低能耗。

    生物反应器是压力容器，要满足《特种设备安全法》等相关法律、法规、技术规范和标准规定，又是生物制药工程中的关键工艺设备，还要满足《药品生产质量管理规范》(GMP)等行业法规，其设计、制造、安装、调试、确认和使用活动必须符合法律、法规、技术标准和行业指南的要求，确保合法合规、技术先进。

    图1 发酵罐示意Fig.1 Fermentor sketch

    机械搅拌式生物反应器是发酵工厂应用最普遍的生物反应器(以下简称发酵罐，如图1所示)，它利用机械搅拌器的作用，使空气和液体充分混合，促使氧在溶液中溶解，提供微生物生长繁殖、发酵和代谢所需要的氧气。发酵罐主要由罐体、传动装置、机械密封、搅拌器、人孔、夹套、挡板、喷淋球、视镜、空气分布器、消泡器、接管等组成。

    本文以发酵罐为例，对其设计、制造、安装、调试和确认及使用等环节的质量控制和验证策略进行了系统的分析。

    1 生物反应器设计

    1.1 设计基本要求

    生物反应器是以用户需求(URS)作为设计输入条件，依据压力容器法规、规范、技术标准及生物反应工艺特点来进行设计。国内使用的生物反应器通常应同时满足TSG 21—2016《固定式压力容器安全技术监察规程》、GB/T 150—2011《压力容器》、ASME BPE—2019《生物工程设备》等要求。TSG 21—2016 主要从特种设备安全和监管的角度，对特种设备生产单位提出了相关要求，GB/T 150—2011主要对设备选材、强度设计和结构设计等方面提出技术要求 ......