分批式操作
定義與特點(diǎn)：分批式操作是細(xì)胞規(guī)模培養(yǎng)中較早期采用的方式，也是其他操作方式的基礎(chǔ)。該方式采用機(jī)械攪拌式生物反應(yīng)器，將細(xì)胞擴(kuò)大培養(yǎng)后一次性轉(zhuǎn)入生物反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)。在培養(yǎng)過程中，其體積不變，不添加其他成分，待細(xì)胞增長和產(chǎn)物形成積累到適當(dāng)?shù)臅r(shí)間后，一次性收獲細(xì)胞、產(chǎn)物和培養(yǎng)基。
優(yōu)點(diǎn)：操作簡單，培養(yǎng)周期短，染菌和細(xì)胞突變的風(fēng)險(xiǎn)小。反應(yīng)器系統(tǒng)屬于封閉式，培養(yǎng)過程中與外部環(huán)境沒有物料交換，除了控制溫度、pH值和通氣外，不進(jìn)行其他任何控制，因此操作簡單，容易掌握。
應(yīng)用：由于培養(yǎng)過程工藝簡單，對設(shè)備和控制的要求較低，設(shè)備的通用性強(qiáng)，反應(yīng)器參數(shù)的放大原理和過程控制比較易理解和掌握，在工業(yè)化生產(chǎn)中分批式培養(yǎng)操作是傳統(tǒng)的、常用的方法。
流加式操作
定義與特點(diǎn)：流加式操作是在分批式培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，采用機(jī)械攪拌式生物反應(yīng)器系統(tǒng)，懸浮培養(yǎng)細(xì)胞或以懸浮微載體培養(yǎng)貼壁細(xì)胞。在培養(yǎng)過程中根據(jù)細(xì)胞對營養(yǎng)物質(zhì)的不斷消耗和需求，流加濃縮的營養(yǎng)物或培養(yǎng)基，從而使細(xì)胞持續(xù)生長至較高的密度，目標(biāo)產(chǎn)品達(dá)到較高的水平。整個(gè)培養(yǎng)過程沒有流出或回收，通常在細(xì)胞進(jìn)入衰亡期或衰亡期后進(jìn)行終止回收整個(gè)反應(yīng)體系，分離細(xì)胞和細(xì)胞碎片，濃縮、純化目標(biāo)蛋白。
優(yōu)點(diǎn)：流加培養(yǎng)根據(jù)細(xì)胞生長速率、營養(yǎng)物消耗和代謝產(chǎn)物抑制情況，流加濃縮的營養(yǎng)培養(yǎng)基。流加的速率與消耗的速率相同，按底物濃度控制相應(yīng)的流加過程，保證合理的培養(yǎng)環(huán)境與較低的代謝產(chǎn)物抑制水平。此外，流加培養(yǎng)過程須掌握細(xì)胞生長動(dòng)力學(xué)和能量代謝動(dòng)力學(xué)，研究細(xì)胞環(huán)境變化時(shí)的瞬間行為。
應(yīng)用：流加培養(yǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)是基礎(chǔ)培養(yǎng)基和流加濃縮的營養(yǎng)培養(yǎng)基。通常進(jìn)行流加的時(shí)間多在指數(shù)生長后期，細(xì)胞在進(jìn)入衰退期之前，添加高濃度的營養(yǎng)物質(zhì)。可以添加一次也可添加多次為了追求更高的細(xì)胞密度往往需要添加一次以上直至細(xì)胞密度不再提高；可進(jìn)行脈沖式添加也可以降低的速率緩慢進(jìn)行添加但為了盡可能的維持相對穩(wěn)定的營養(yǎng)物質(zhì)環(huán)境后者采用較多；添加的成分比較多凡是促細(xì)胞生長的物質(zhì)均可以進(jìn)行添加。
生物反應(yīng)器培養(yǎng)細(xì)胞半連續(xù)式操作
定義與特點(diǎn)：半連續(xù)式操作是一種介于分批式和連續(xù)式之間的操作模式。在這種模式下部分培養(yǎng)基會(huì)被定期移除并替換為新鮮的培養(yǎng)基以維持細(xì)胞的生長條件。這種操作模式有助于減少代謝廢物的積累并提供更穩(wěn)定的生長環(huán)境。
應(yīng)用：半連續(xù)式操作常用于需要長時(shí)間維持細(xì)胞生長狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)中如干細(xì)胞培養(yǎng)等。通過定期更換部分培養(yǎng)基可以有效地延長細(xì)胞的生存期并保持其功能特性。
連續(xù)式操作
定義與特點(diǎn)：連續(xù)式操作是一種持續(xù)流動(dòng)的培養(yǎng)模式其中新鮮培養(yǎng)基不斷流入反應(yīng)器而含有細(xì)胞和代謝產(chǎn)物的培養(yǎng)基則不斷流出。這種操作模式可以提供更加穩(wěn)定和可控的生長條件但同時(shí)也需要更復(fù)雜的設(shè)備和控制系統(tǒng)來維持恒定的流速和壓力等參數(shù)。
應(yīng)用：連續(xù)式操作適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)和需要長時(shí)間連續(xù)運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)中如生物制藥生產(chǎn)過程中的某些步驟等。通過精確控制培養(yǎng)條件可以實(shí)現(xiàn)高效率的生產(chǎn)并降低生產(chǎn)成本。
灌流式操作
定義與特點(diǎn)：灌流式操作是一種特殊類型的連續(xù)式操作其中培養(yǎng)基不僅持續(xù)流入還通過特定的裝置（如濾器）被循環(huán)使用以減少廢物排放并提高資源利用率。這種操作模式結(jié)合了連續(xù)式和半連續(xù)式的優(yōu)點(diǎn)能夠提供更加高效和經(jīng)濟(jì)的培養(yǎng)方案。
應(yīng)用：灌流式操作常用于環(huán)保領(lǐng)域和資源受限的情況下如廢水處理和生態(tài)修復(fù)等。通過循環(huán)利用培養(yǎng)基可以減少對新鮮水源的需求并降低運(yùn)營成本同時(shí)實(shí)現(xiàn)對環(huán)境的可持續(xù)貢獻(xiàn)。
