微生物培养是微生物分离、鉴定和筛选以及大规模微生物生产的基础。微生物培养的性能在很大程度上取决于所使用的生物反应器的性能，如混合能力和溶氧效果。摇瓶、试管、孔板、搅拌釜等常见的微型生物反应器常常通过精巧的物理结构设计、装样体积控制、振荡或搅拌速率调整等方式以增强其混合和溶氧能力，但通常会引起剪切力的增加，对细胞造成损伤。同时振荡、曝气和搅拌会带来大量的气泡产生，进一步对发酵过程产生影响。

近日，清华大学化工系生物育种技术与装备团队在Biochemical Engineering Journal上发表了题为“Microbial micro-tube culture system: A miniature bioreactor for controllable bubble-free oxygen supply based on high gas-permeability Teflon tube”的文章，论文通讯作者为张翀副教授。

文章报道了一种新型微型管式生物反应器（micro-tube bioreactor, MTB），该反应器以高透气性特氟龙微管路为材料，通过温和而高效的渗透方式进行无气泡供氧，克服传统生物反应器振荡、曝气、搅拌等氧气供应方式所带来的问题。团队进一步以该生物反应器为基础，进行装备化开发，实现了全自动化的微生物培养、检测、传代等重要过程，为微生物研究提供又一重要平台。

    该研究中，作者首先对不同内径微管路在不同流速条件下的溶氧能力进行了理论分析和实验测定，通过研究发现，随着管径减小、流速增加，其氧气传质能力快速增强。相对传统的微型生物反应器，其氧体积转移系数（KLa）具有显著优势。为进一步验证微型管式反应器对微生物的培养能力，作者对该反应器进行装备化开发，其工作原理如图1所示。微型管式反应器具有体积小、渗透供氧特点，使其溶氧控制更加简单，通过调控管路周围环境中氧气浓度既可改变溶氧性能。通过对6株代表性微生物在MTB中进行批量培养，作者进一步验证了MTB培养性能优于摇瓶。此外，在MTB中还实现了典型的好氧菌枯草芽孢杆菌分批补料培养和厌氧菌植物乳杆菌的耐氧适应性进化，并均取得良好效果。

Fig. 1 Schematic depiction of micro-tube bioreactor (MTB).

论文链接:

https://doi.org/10.1016/j.bej.2022.108789