生物制藥中的動物細胞培養技術能否大規模工業化、商業化，關鍵在于能否選擇和設計合適的生物反應器。由于哺乳動物細胞與微生物發酵有很大差異，傳統的微生物發酵罐顯然不適用于動物細胞的大規模培養。首先必須滿足在低剪切力及良好的混合狀態下，能夠提供充足的氧以供細胞生長及細胞進行產物的合成。

一、常見生物反應器分類 

目前，動物細胞培養用生物反應器主要包括：轉瓶培養器、塑料袋增殖器、填充床反應器、多層板反應器、管式螺旋反應器、流化床反應器、中空纖維反應器、膜式反應器、攪拌式反應器、氣升式反應器等；

按其培養細胞方式不同，這些反應可分為以下三類： 

懸浮培養：如攪拌反應器、中空纖維反應器、氣升式反應器； 
      貼壁培養：如攪拌反應器（微載體/紙片）、中空纖維反應器； 
      包埋培養：如流化床反應器、固化床反應器；
二、常見生物反應器介紹
1.攪拌式生物反應器

 這是最經典、最早被采用的一種生物反應器。此類反應器與傳統的微生物生物反應器類似，針對動物細胞培養的特點，采用了不同的攪拌器及通氣方式。通過攪拌器的作用使細胞和養分在培養液中均勻分布，使養分充分被細胞利用，并增大氣液接觸面，有利于氧的傳遞。

常見的有：籠式通氣攪拌器、雙層籠式通氣攪拌器、槳式攪拌器等。 

2.氣升式生物反應器

       氣升式生物反應器的基本原理是氣體混合物從底部的噴射管進入反應器的中央導流管，使得中央導流管側的液體密度低于外部區域從而形成循環。它在結構上和攪拌式大同小異，其顯著特點是用氣流代替不銹鋼葉片進行攪拌，因而產生的剪切力相對溫和，對細胞損傷較小。

常用的有：內循環式、外循環式、內外循環式。 
3.固定床生物反應器

將載體固定于生物反應器中，細胞貼附于載體上，通過營養液的循環，三維立體的供給細胞生長所需營養，可以有效的保護細胞免受攪拌和碰撞帶來的剪切力破壞，也可以將細胞截留在床體中，特別適合連續灌流培養，有利于后期純化分離。

4.中空纖維生物反應器

其原理是模擬細胞在體內生長的三維狀態，利用反應器內數千根中空纖維的縱向布置，提供細胞近似生理條件的體外生長微環境，使細胞不斷生長。中空纖維是一種細微的管狀結構，管壁為極薄的半透膜，富含毛細管，培養時纖維管內灌流充以氧氣的無血清培養液，管外壁則供細胞黏附生長，營養物質通過半透膜從管內滲透出來供細胞生長；細胞的代謝廢物也可通過半透膜滲入管內，避免了過量代謝物對細胞的毒害作用，其優點是：

  • 占地空間少； 

  • 細胞產量高，細胞密度可達109數量級； 

  • 生產成本低，細胞培養維持時間長，適用于長期分泌型細胞;

三．生物反應器的設計和放大設計原則
1、生物反應器設計的原則是：

  • 結構嚴密無泄漏，能耐受蒸汽滅菌，無害和耐蝕材料制作，內壁及管道閥門光滑無死角；

  • 有良好的氣-液接觸和固-液混和，傳質傳熱效果好；

  • 保證質量和產量前提下，盡量節省能源消耗； 

  • 減少泡沫產生，降低剪切力；

  • 可靠的參數檢測和儀表控制；

  • 控制系統安全穩定，記錄可追溯； 

2、生物反應器的放大的原則是：

一種新的生物技術產品從實驗室到工業生產的開發過程中，會遇到生物反應器的逐級放大問題，每層級約放大10～100倍。生物反應器的放大，表面看來僅是一個體積或尺度放大問題，實際上并不是那么簡單。 反應器放大研究雖已提出了不少方法，但還沒有一種是普遍都能適用的。目前還只能是半理論半經驗的，即抓住反應過程中的少量關鍵性參數或現象進行放大，如：
① 氧傳遞
       有關氧傳遞問題在生物反應器中，氧的傳遞速率要滿足細胞對氧的攝取速率，并使反應器中溶解氧的濃度CL要維持在一定水平上。這就是說，在穩態情況下，供氧與需氧間存在下列關系：KLa(C*-CL)=r 
       此處， KLa為氧的傳遞系數；C*為相當氣相氧分壓的溶氧濃度，CL為培養液中溶氧濃度，r為攝氧速率。 因此，影響供氧的因素總體上講是KLa和C*-CL值。 
       要增大C*-CL，無非是增大C*值或降低CL值。增大C*的措施，有適當增加反應器中操作壓力和增大氣相中的氧分壓兩個方法。在實際操作中，反應器保持一定正壓，以防止大氣中的雜菌從軸封、閥門等處侵入，但在增加罐壓的同時，發酵代謝所產生的CO2也會更多地溶解于培養液而對發酵不利。至于CL值，一般不允許過分減小，因為細胞在生長中有一個臨界氧濃度，低于此臨界值，細胞的呼吸將受到抑制。 
       影響KLa的因素大致可分為三個方面：一是反應器的結構，包括相對幾何尺寸的比例；二是操作條件，如攪拌功率或循環泵功率的輸入量，通氣量等；三是培養或發酵液的物理化學性質，如流變特性，特別是其粘度或顯示粘度、表面張力、擴散系數、細胞形態、泡沫程度等。 
② 熱傳遞
       生物反應器中的傳熱在細胞培養和發酵過程中，熱量的釋放和吸收是普遍存在的。這是因為在培養或發酵過程中細胞與周圍環境的物質產生新陳代謝，即發生異化（分解）作用和同化（合成）作用，而異化作用一般釋放能量，同化作用則是吸收能量。同時，尾氣的排放和罐體與外界熱交換都會導致熱傳遞變化。